Livrarea nasului-la-creierului în NHP: studiu de caz 125I SPECT

Thebariera hematoencefalică(BBB) ​​este una dintre principalele constrângeri în dezvoltarea medicamentelor pentru sistemul nervos central (SNC). Limitează intrarea multor molecule mici și a majorității substanțelor biologice în parenchimul cerebral. intranazală, saulivrare nas-la-creiera atras, prin urmare, interes deoarece cavitatea nazală este conectată anatomic la SNC prin căile olfactive și trigemenale. Aceste căi pot oferi acces la creier, care nu se explică doar prin circulația sistemică.

Provocarea științifică nu este doar alegerea unei căi intranazale. Este de a demonstra unde merge materialul administrat, cât de mult semnal este asociat cu creierul, cum se schimbă acel semnal în timp și dacă observația reflectă articolul de testat intact, mai degrabă decât o etichetă sau un metabolit detașat. Farmacocinetica plasmatică (PK) nu poate răspunde la aceste întrebări.Prelevarea de probe de lichid cefalorahidian (LCR).oferă informații dintr-un compartiment limitat și un număr limitat de puncte de timp. Analiza creierului terminal oferă măsurători directe ale țesutului, dar fiecare animal contribuie în general cu o observație terminală.

Radiomarcatimagistica molecularaoferă o modalitate complementară de a aborda aceste întrebări la primatele non-umane (NHP). Prin combinarea unui articol de testare marcat radioactiv cu SPECT/CT serial, investigatorii pot urmări semnalul asociat-trasorului în creier și în tot corpul la același animal de-a lungul timpului. Acest articol discută un caz de peptide marcate cu iod 125 prezentat în timpulWebinar de imagistică moleculară Prisys Biotechși explică ce poate și nu poate demonstra proiectul studiului.

De ce plasma PK nu este suficientă pentru a evalua livrarea SNC

Expunerea sistemică nu este echivalentă cu expunerea creierului. Un compus poate produce concentrații plasmatice măsurabile sau chiar substanțiale în timp ce atinge doar concentrații limitate în creier. Relația este deosebit de dificil de interpretat după administrarea intranazală, deoarece materialul administrat poate fi reținut în cavitatea nazală, curățat în tractul respirator, absorbit sistemic sau transportat către SNC prin căi anatomice locale.

Eșantionarea LCR adaugă informații utile, dar LCR nu este un surogat direct pentru fiecare compartiment al creierului. Eșantionarea este invazivă, oferă momente de timp rare și este posibil să nu reprezinte expunerea parenchimatoasă regională. Analiza țesutului cerebral terminal este mai directă, dar o curbă de retenție longitudinală necesită animale separate pentru fiecare moment terminal. Acest lucru crește numărul de animale necesare și face ca cursul de timp să depindă mai mult de variabilitatea dintre-subiecți.

Nici PK cu plasmă, nici o singură măsurătoare terminală nu oferă o imagine spațială completă. Pentru un program SNC intranazal, investigatorii ar putea avea nevoie, de asemenea, să știe dacă articolul de testat rămâne în cavitatea nazală, ajunge la căile respiratorii inferioare, se distribuie în alte organe sau prezintă un model regional în creier. Acestea sunt întrebări de distribuție la fel de mult cât sunt întrebări de concentrare.

Cum SPECT radiomarcat sprijină evaluarea nasului-la-creierului

Un studiu de imagistică moleculară începe cu selecția unui radionuclid și o strategie de etichetare care se potrivește articolului de testat și cursului biologic așteptat. În cazul webinarului, peptida a fost marcată cu iod-125 (125I), un radionuclid cu un timp de înjumătățire-fizic de aproximativ 59,4 zile. Durata sa de înjumătățire fizică relativ lungă-este compatibilă cu observarea în serie de la ore la zile, ceea ce este relevant atunci când retenția creierului se poate extinde dincolo de fereastra scurtă de imagistică a radionuclizilor PET cu viață scurtă utilizați în mod obișnuit.

Materialul etichetat este administrat la nivel de trasor. Acest tip de proiectare a microdozei este destinat să furnizeze un semnal de imagistică detectabil în timp ce minimizează perturbarea farmacologică de către materialul marcat. Nu, prin ea însăși, stabilește că preparatul etichetat se comportă identic cu cel terapeutic neetichetat. Această întrebare depinde de locul de etichetare, activitatea specifică, puritatea radiochimică, formularea și conservarea proprietăților biologice ale moleculei părinte.

SPECT/CT combină informațiile moleculare-derivate de radionuclizi cu co-înregistrarea anatomică. Scanările în serie pot fi utilizate pentru a evalua:

• dacă semnalul asociat-creierului este detectabil după administrarea intranazală;
• distribuția anatomică a semnalului în regiunile SNC imagine;
• modificarea semnalului asociat-creierului în timp; şi
• dispoziție concomitentă în cavitatea nazală, căile respiratorii, plămânii și alte organe din câmpul vizual.

Măsurătorile rezultate sunt cel mai bine interpretate ca semnal asociat cu trasor-sau distribuție de material radiomarcat-. Acestea nu ar trebui descrise automat ca concentrație intactă de medicament-parinte, decât dacă stabilitatea etichetei și bioanaliza ex vivo susțin această interpretare.

Studiu de caz: Serial 125I SPECT după administrarea intranazală a peptidelor în NHP

Cazul a fost condus de către Prisys Biotechs NHP capacități de cercetare translațională și de radiochimie și capacități de imagistică moleculară. Studiul a folosit o peptidă marcată cu iod-125 administrată intranazal la NHP.

Imagistica SPECT serială a fost efectuată la 1, 24, 48, 72 și 96 de ore după administrare. Secvența imagistică a fost concepută pentru a examina prezența și distribuția semnalului radiomarcat asociat-creierului pe o perioadă de mai multe-zi, mai degrabă decât să se bazeze pe o singură măsurătoare terminală.

Cazul a furnizat trei tipuri de informații conexe. În primul rând, semnalul asociat-creierului a fost observat după administrarea intranazală, susținând investigarea ulterioară a eliberării SNC. În al doilea rând, distribuția semnalului ar putea fi evaluată în regiunile anatomice ale creierului, mai degrabă decât tratată ca o valoare unică-creierului întreg. În al treilea rând, scanările în serie au arătat cum s-a schimbat semnalul asociat-creierului în timpul perioadei de observare de 96 de ore, inclusiv păstrarea semnalului detectabil timp de cel puțin 72 de ore, așa cum a fost prezentat în webinar.

Aceleași achiziții au oferit informații și în afara SNC. Semnalul a fost evaluat în regiunea nazală, obraz, tract bronșic și plămân. Acest lucru contează deoarece depunerea locală și clearance-ul respirator pot influența fracția dintr-o doză intranazală care rămâne disponibilă pentru un potențial transport nas-la-creier. Un proiect de imagistică care examinează atât dispoziția asociată SNC-, cât și cea respiratorie poate ajuta, prin urmare, investigatorii să interpreteze calea de livrare ca un întreg, mai degrabă decât să se concentreze doar pe imaginea finală a creierului.

Ce poate răspunde proiectul studiului

1. Semnalul asociat-creierului este detectabil după administrarea intranazală?

Serial SPECT oferă dovezi in vivo că materialul radiomarcat este prezent în regiunea creierului cu imagini după administrare. Acest lucru este mai puternic decât deducerea eliberării SNC numai din expunerea la plasmă. Rezultatul ar trebui în continuare descris cu precizie: imagistica demonstrează semnalul trasor asociat-creierului, dar nu demonstrează prin ea însăși calea de transport exactă și nici nu stabilește că peptida intactă a intrat într-un anumit tip de celulă cerebrală.

2. Unde se acumulează semnalul?

SPECT/CT oferă informații spațiale la nivelul permis de modalitate, calitatea înregistrării, metoda de reconstrucție și rezoluția specifică-studiului. Analiza regională poate arăta dacă semnalul este concentrat în anumite zone anatomice. Acest lucru este important pentru programele CNS în care o medie a întregului-creier ar putea ascunde diferențele regionale în ceea ce privește expunerea sau retenția.

3. Cum se schimbă-semnalul asociat creierului în timp?

Secvența de la 1- până la 96-ore oferă un curs de timp în cadrul subiectului. Anchetatorii pot examina timpul până la cel mai mare semnal observat, persistența peste fereastra de observare și eliminarea aparentă. Aceste observații derivate din imagistică pot fi luate în considerare alături de PK plasmatic, date de LCR, obiective farmacodinamice și măsurători ale țesuturilor ex vivo.

4. Unde se duce restul dozei?

Imaginile întregului-corp sau-în câmp extins pot dezvălui distribuția concomitentă în afara creierului. Pentru dozarea intranazală, cavitatea nazală și tractul respirator sunt deosebit de relevante. Distribuția organelor periferice poate ajuta, de asemenea, la identificarea modelelor de expunere care pot fi relevante pentru siguranță, clearance-ul sau interpretarea fracției aparente de livrare a SNC.

5. Poate studiul să reducă dependența de eșantionarea terminală?

Imagistica în serie permite observarea repetată la același subiect, ceea ce poate reduce nevoia de a atribui cohorte terminale separate la fiecare punct temporal. Amploarea oricărei reduceri depinde de obiectivele studiului, planul de validare, numărul de animale, programul de imagistică și necesitatea confirmării directe ex vivo. Prin urmare, imagistica moleculară ar trebui privită ca o modalitate de a îmbunătăți informațiile obținute dintr-un studiu pe animale, nu ca un substitut automat al analizei terminale.

Ceea ce imagistica nu stabilește de la sine

Prima limitare este rezoluția spațială și celulară. SPECT/CT poate localiza semnalul radiomarcat în regiuni anatomice, dar nu poate determina dacă materialul se află în interiorul neuronilor, celulelor gliale, compartimentelor vasculare sau spațiului extracelular. Localizarea celulară și subcelulară necesită metode precum autoradiografia, histologia, imunohistochimia sau alte teste terminale.

A doua limitare se referă la identitatea moleculară. Camera detectează degradarea radioactivă din izotop. Nu distinge peptida intactă de un metabolit radiomarcat sau de iodul liber dacă eticheta este eliberată in vivo. Prin urmare, stabilitatea etichetei trebuie evaluată înainte și în timpul studiului, dacă este cazul. Punctele de timp terminale selectate pot fi asociate cu bioanaliza ex vivo pentru a determina cât de aproape semnalul de imagistică reprezintă articolul de testare părinte.

A treia limitare este atribuirea rutei. Semnalul asociat-creierului după dozarea intranazală este compatibil cu livrarea SNC, dar SPECT singură nu poate distinge definitiv transportul direct-la-creierului de absorbția sistemică urmată de trecerea BBB ulterioară sau dintr-o combinație de rute. Concluziile specifice rutei-necesită integrarea cu designul studiului, datele de formulare, PK-ul plasmatic și tisular, măsurătorile LCR, acolo unde este cazul, și controale relevante.

Aceste limitări nu reduc valoarea imagistică. Ele definesc modul în care trebuie utilizate datele. Imaginile în serie pot identifica regiunile și punctele de timp care justifică o investigație terminală detaliată, permițând ca munca ex vivo să se concentreze pe întrebări specifice, mai degrabă decât să fie distribuită pe un curs de timp arbitrar.

De ce NHP-urile sunt relevante pentru dezvoltarea nasului-la-creierului

Rozătoarele rămân utile pentru screeningul formulărilor, studiile de mecanism și dovezile timpurii{0}}a-conceptului. Cu toate acestea, anatomia nazală și fiziologia respiratorie a rozătoarelor diferă de cele ale oamenilor. Rozatoarele sunt obligatorii care respira nasul, iar epiteliul olfactiv ocupa o parte proportional mai mare a cavitatii nazale. Aceste caracteristici pot influența depunerea și pot duce la o contribuție aparentă mai mare a transportului olfactiv decât ar fi de așteptat la oameni.

NHP oferă un context anatomic și fiziologic mai apropiat pentru întrebările de translație selectate, inclusiv geometria cavității nazale, organizarea căilor respiratorii, modelul de respirație, anatomia SNC și compatibilitatea cu imagistica clinică-echivalentă. Datele NHP nu elimină incertitudinea în traducerea umană și nu trebuie interpretate ca o predicție directă a expunerii clinice. Valoarea lor este că permit evaluarea rutei, distribuției regionale, retenției și dispoziției sistemice într-un model cu o relevanță mai mare pentru anatomia umană decât studiile standard la rozătoare pentru unele întrebări despre livrare.

Alegerea speciilor ar trebui să rămână determinată de problema dezvoltării. Un studiu NHP este cel mai informativ atunci când este conceput pentru a rezolva o decizie care nu poate fi abordată în mod adecvat in vitro sau la rozătoare, cum ar fi selecția formulării, expunerea regională a SNC, evaluarea dispozitivului de livrare-sau relația dintre depunerea locală și expunerea sistemică.

Integrarea imaginilor cu PK, bioanaliza și farmacologie

Imagistica moleculară este cea mai utilă atunci când este planificată ca o componentă a unui set de date translațional integrat. Un studiu-la-creier poate combina SPECT/CT în serie cu PK de plasmă, eșantionare de LCR, evaluări nazale și respiratorii, bioanaliza tisulară, măsurători ale biomarkerilor și obiective farmacodinamice.

Această integrare permite compararea mai multor straturi de dovezi:

• Expunere sistemică:concentrația plasmatică, expunerea și clearance-ul;
• Expunerea spațială:distribuția regională a creierului și a organelor{0}}periferice a materialului marcat radioactiv;
• Expunerea temporală:modificarea semnalului de la începutul perioadei de după-doză până la reținerea sau eliminarea ulterioară;
• Identitatea moleculară:proporția de semnal atribuită materialului parental intact sau metaboliților relevanți; şi
• Efect biologic: implicarea țintă, răspuns la biomarker sau farmacologie funcțională.

Nici un singur strat nu este suficient pentru fiecare program. Interpretarea translațională devine mai puternică atunci când semnalul imagistic este legat de articolul de testat măsurat, mecanismul așteptat și un răspuns biologic care este relevant pentru ipoteza terapeutică.

Rolul lui Prisys Biotech în studiile de imagistică a nasului-la-nului NHP

Prisys Biotech efectuează studii translaționale NHP care pot include dozare intranazală, imagistica moleculară în serie, PK/PD, analiza biomarkerilor și evaluări complementare ale țesuturilor. Fluxul de lucru poate include selecția radionuclizilor, radioetichetarea, pregătirea și purificarea post-etichetare, controlul calității, SPECT/CT sau PET/CT pentru animale mari-și analiză cantitativă a imaginii.

Materialele webinarului descriu fluxurile de lucru de etichetare și imagistică aplicabile moleculelor mici, peptidelor, proteinelor, macromoleculelor, nanomaterialelor și anticorpilor. Radionuclidul și modalitatea adecvate depind de articolul testat, chimia de etichetare, cinetica așteptată, fereastra de observație necesară, sensibilitate și obiectivele studiului. Acești parametri ar trebui stabiliți în timpul proiectării studiului, mai degrabă decât selectați numai pe baza disponibilității instrumentului.

Pentru programele nas-la-creier, obiectivul practic este de a conecta procedura de livrare cu un pachet de dovezi susceptibile: unde este detectat materialul, cum se modifică distribuția acestuia în timp, ce proporție a semnalului poate fi atribuită moleculei părinte și dacă expunerea este asociată cu un efect farmacologic.

Concluzie

Serial 125I SPECT oferă o modalitate de a evalua distribuția sistemului-asociat și respirator-creierului după administrarea intranazală a peptidei în NHP. În cazul webinarului, scanările la 1, 24, 48, 72 și 96 de ore au arătat cum o administrare la un singur nivel de trasare-ar putea genera informații longitudinale și spațiale, inclusiv semnal detectabil asociat{{10}creierului pentru cel puțin 72 de ore, așa cum a fost prezentat de echipa de studiu.

Metoda nu demonstrează în mod independent mecanismul de transport exact-la-creier, localizarea celulară sau concentrarea intactă-parentă. Aceste întrebări necesită controale complementare, evaluarea stabilității etichetei-, bioanaliza și, acolo unde este necesar, metode ale țesuturilor terminale. Valoarea sa constă în adăugarea unei vizualizări repetate in vivo a distribuției și retenției la cadrul convențional de analiză a PK și a țesuturilor-.

Pentru dezvoltarea medicamentelor SNC, designul cel mai informativ nu este de obicei imagistica în loc de bioanaliza. Este imagistica împreună cu bioanaliza, farmacologia și obiectivele translaționale adecvate. Această combinație poate sprijini decizii mai precise cu privire la formulare, dozare, expunerea regională a SNC, retenție și următoarea etapă a dezvoltării nonclinice.