Иммуно-ПЭТ в моделях NHP для разработки антител

Терапия на основе антител-теперь включает обычные моноклональные антитела (мАт), биспецифические антитела, конъюгаты антител-лекарственных препаратов (ADC) и другие сконструированные биологические препараты. Поскольку молекулярные форматы становятся все более сложными, вопрос о том, куда движется антитело после введения и достигает ли оно намеченной биологической цели, становится постоянным вопросом при доклинической разработке лекарств.

Традиционные фармакокинетические (ФК) исследования измеряют концентрацию антител в плазме или сыворотке. Эти измерения описывают системное воздействие, клиренс и период полураспада-, но дают ограниченную информацию о том, как антитело распределяется по тканям.

Иммуно-позитронно-эмиссионная томография (иммуно-ПЭТ) частично восполняет этот пробел. Путем радиоактивной метки антитела или нацеливающего зонда, полученного из антитела, ПЭТ может визуализировать и количественно оценить его распределение по организму в различные моменты времени. Когда индикатор сохраняет свойства-связывания с мишенью, данные визуализации могут описывать доступность тканей, связанное с мишенью поглощение, а также взаимосвязь между системным воздействием и распределением в тканях.

Иммуно-ПЭТ хорошо-подходит для не-приматов (NHP), посколькумолекулярная визуализациямогут быть объединены с ФК плазмы, анатомической визуализацией, тканевыми биомаркерами и фармакодинамическими конечными точками в рамках одного трансляционного исследования.

Вопрос не только в том, куда направляется антитело, но и в том, достигает ли оно намеченной ткани, поражает ли соответствующую мишень и обеспечивает ли распределение, соответствующее предполагаемой фармакологии.

Плазменный ПК остается ключевым компонентом разработки биологических препаратов. Такие параметры, как Cmax, AUC, клиренс и период полувыведения-, описывают системное воздействие и поддерживают выбор дозы и моделирование-реакции на воздействие.

Однако системное воздействие не обязательно предсказывает воздействие на ткани.

Антитело может оставаться в кровообращении в течение длительного периода, демонстрируя при этом очень разные профили поглощения в разных органах. Целевая экспрессия, сосудистая проницаемость, тканевая архитектура, взаимодействие с Fc-рецепторами, антиген-опосредованная интернализация и неспецифическое поглощение могут определять распределение в тканях.

Это создает различие междусистемный ПКифармакология на-уровне тканей.

Что касается терапевтического препарата на основе антител, после традиционного ФК-анализа часто остаются открытыми несколько вопросов:

• Достигает ли антитело ткани-мишени?
• Доступна ли молекулярная мишень для антитела in vivo?
• Изменяется ли целевая экспрессия в зависимости от ткани или поражения?
• Является ли освоение преимущественно целевым-опосредованным или неспецифичным?
• Влияет ли высокая целевая экспрессия в нормальных тканях на распределение?
• Как поглощение тканями меняется с течением времени?

Отбор терминальных тканей отвечает на некоторые из этих вопросов, но обычно в несколько выбранных моментов времени и в ограниченном наборе тканей. Иммуно-ПЭТ позволяет получить продольный, не-инвазивный подход, отслеживая, как меченое радиоактивным изотопом антитело или нацеливающийся зонд распространяется с течением времени.

Этот разрыв имеет наибольшее значение для биологических препаратов с длительным временем циркуляции и сложной структурой распределения в тканях.

Иммуно-ПЭТ сочетает в себе свойства молекулярного распознавания антител с чувствительностью и количественными возможностями позитронно-эмиссионной томографии.

В типичном исследовании моноклональное антитело или зонд,-производный из антитела, помечается позитронным-излучающим радионуклидом. Для интактных антител используются более долгоживущие-радионуклиды, такие как цирконий-89 (⁸⁹Zr) обычно используются, поскольку их физический период полу-полупериода соответствует относительно медленному распределению и кинетике клиренса молекул IgG.

^89Zrимеет физический период полураспада-около 3,3 дня, что позволяет проводить визуализацию в течение нескольких дней после введения. Это делает его полезным для исследований отсроченного распределения в тканях, хотя оптимальный радионуклид зависит от молекулярного формата, биологической кинетики, химического состава мечения и цели исследования. В обзоре Кармона и Аждаринии за 2018 год отмечается, что⁸⁹Zr — часто используемый радионуклид для визуализации антител, поскольку период его полу-периода полураспада позволяет отсрочить визуализацию и оценить биораспределение антител в расширенном окне.

Типичный рабочий процесс Immuno-ПЭТ включает в себя:

Отбор антител → Радиомечение → Введение → Серийная ПЭТ-визуализация → Анатомическая совместная-регистрация → Количественный анализ → Биораспределение и интерпретация целевого- взаимодействия.

Данные визуализации могут включать в себя региональную концентрацию активности, SUV, соотношение тканей-к-фону, временные-кривые активности и другие количественные параметры. Более продвинутый анализ может включать кинетическое моделирование или сравнение с ФК плазмы и измерениями тканей ex vivo.

Сигнал ПЭТ — это не то же самое, что концентрация интактного терапевтического антитела в ткани. Необходимо учитывать метаболизм радиоактивной метки, неспецифическое поглощение, активность пула крови, стабильность индикатора и любые различия между зондом для визуализации и терапевтической молекулой.

Практическое преимущество иммуно-ПЭТ заключается в том, что он выводит анализ за рамки простого анализа.биораспределение по всему-телу.

Для таргетных антител поглощение тканями может отражать несколько перекрывающихся процессов:

Системный кровоток → Доставка к тканям → Целевая доступность → Связывание антител → Интернализация или удержание → Клиренс

Высокий сигнал ПЭТ в ткани-мишени может указывать на благоприятную доставку, но сам по себе не доказывает фармакологического воздействия на мишень.

Для более точной интерпретации данные иммуно-ПЭТ можно комбинировать с независимыми измерениями, такими как экспрессия рецепторов, тканевые биомаркеры, иммуногистохимия, биораспределение ex vivo или анализы занятости рецепторов.

Программы ADC полагаются, в частности, на этот ряд доказательств. ADC зависит от системного воздействия, доступности целевого антигена, связывания антител, интернализации, внутриклеточного транспорта и последующего высвобождения полезной нагрузки.

В обзоре Кармона и Аждаринии за 2018 год описывается, как⁸⁹Zr-иммуно-ПЭТ использовалась для оценки-биораспределения в организме, фармакокинетики и направленности антител и ADC на опухоли. Это также открывает возможности использования молекулярной визуализации для характеристики целевой гетерогенности и поддержки стратегий-отбора пациентов.

Иммуно-ПЭТ лучше всего рассматривать какподход функциональной визуализации, который сочетается с молекулярными и гистологическими измерениями, а не самостоятельная замена им.

То, что добавляет Immuno-ПЭТ, зависит от технологии визуализации и используемой биологической модели.

Исследования NHP предлагаютполезная настройка трансляции для биораспределения антителпотому что они поддерживают серийную визуализацию вместе с традиционной фармакологией, анализом биомаркеров и, если это научно обосновано, отбором проб тканей.

NHP также позволяют использовать протоколы визуализации, более близкие по масштабу и рабочему процессу к клиническим исследованиям ПЭТ, чем большинство моделей на-меньших животных. Больший размер тела обеспечивает достаточное анатомическое разделение для визуализации на уровне органов, а продольная визуализация позволяет каждому животному служить собственным эталоном в нескольких временных точках.

Актуальность модели NHP по-прежнему необходимо оценивать в каждом конкретном случае. Межвидовые различия в экспрессии мишеней, распознавании эпитопов, взаимодействии рецепторов Fc и фармакологии антител могут влиять на интерпретацию данных иммуно-ПЭТ.

По этой причине целевые характеристики перекрестной-реактивности и связывания должны быть подтверждены у выбранного вида NHP, прежде чем использовать модель для количественной целевой-специфической визуализации.

Биологически значимая модель NHP — это не просто модель, в которой можно обнаружить антитела. Это тот, в котором изучаемое молекулярное взаимодействие достаточно сопоставимо с предполагаемым клиническим механизмом.

Серийная ПЭТ-визуализация может составить карту относительного распределения меченого радиоактивным изотопом антитела в основных органах и тканях, дополняя ФК плазмы и традиционные исследования биораспределения ex vivo.

Полученные данные могут помочь отличить ожидаемое физиологическое распределение от необычного накопления и идентифицировать ткани, требующие дополнительного исследования.

Для целевых-специфических антител визуализация может указать, доступна ли мишень in vivo.

Это отличается от демонстрации целевой экспрессии в образце ткани. Иммуногистохимия и аналогичные анализы ex vivo подтверждают наличие, тогда как иммуно-ПЭТ повышает доступность in vivo и накопление антител.

Целевая экспрессия может варьироваться в зависимости от тканей, поражений или стадий заболевания.

Это особенно важно в онкологии, где одна биопсия не всегда обеспечивает целевую экспрессию в очагах поражения. Визуализация всего тела-может картировать распределение целей по очагам поражения так, как это невозможно сделать с помощью одного образца ткани.

Различные антитела, направленные на одну и ту же мишень, могут иметь разное сродство, распознавание эпитопа, характеристики интернализации или распределение в тканях.

Иммуно-ПЭТ можно включить в стратегии отбора кандидатов-путем сравнения поглощения тканями и распределения, связанного с мишенью, прежде чем продвигать молекулу на более ресурсоемкие-этапы разработки.

СвязываниеИммуно-ПЭТ в более широком контексте визуализации ФК/ФДимеет значение для переводческого рассуждения.

Как обсуждалось в соответствующей статье-Оценка ФК/ФД на основе визуализации у нечеловеческих приматов, обычная ФК плазмы описывает системное воздействие, тогда как визуализация добавляет пространственную и продольную информацию о распределении тканей.

Для развития антител эту связь можно расширить:

Плазменный ФК → Биораспределение в тканях → Доступность к мишени → Взаимодействие с мишенью → Фармакодинамический ответ

Каждый шаг отвечает на отдельный вопрос.ФК плазмы показывает, сколько антител присутствует в кровообращении.Визуализация PK показывает, где распределено меченое антитело и как это распределение меняется с течением времени.

Целевая-специфическая иммуно-ПЭТ может предоставить доказательства целевого-связанного поглощения, если индикатор и дизайн эксперимента поддерживают такую ​​интерпретацию.

Затем фармакодинамические измерения определяют, приводит ли целевое взаимодействие к измеримому биологическому ответу.

Эта интегрированная структура наиболее полезна для биологических препаратов, терапевтическая активность которых зависит от проникновения в ткани или доступности молекулярной мишени.

Иммуно-ПЭТ — мощная методика, но при планировании и интерпретации исследований необходимо учитывать несколько технических факторов.

Радиометка может изменить биологическое поведение антитела. Перед использованием меченый индикатор следует охарактеризовать на предмет иммунореактивности, сродства, стабильности и других соответствующих свойств.

Для программ ADC дополнительным соображением является то, что визуализирующее антитело и терапевтический ADC не обязательно являются идентичными молекулами. Конъюгация полезной нагрузки может изменить молекулярные свойства, включая фармакокинетику и стабильность.

Следовательно, биораспределение радиоактивно меченного голого антитела не следует автоматически считать идентичным биораспределению соответствующего ADC.

Это ограничение описано в литературе по иммуно-ПЭТ (например, Кармон и Аждариниа, 2018) и заслуживает внимания, когда результаты визуализации преобразуются в терапевтические выводы.

Высокая целевая экспрессия в нормальных тканях может существенно влиять на распределение и клиренс антител.

Целевое-опосредованное распределение лекарства (TMDD) описывает эту закономерность: тканеспецифическое-поглощение, которое отличается от неспецифического распределения. Визуализация может показать закономерность, но количественная интерпретация требует соответствующего фармакологического контекста.

Поскольку антитела циркулируют в течение длительных периодов времени, сосудистая активность может доминировать над сигналом ПЭТ на ранних этапах визуализации.

Это одна из причин, по которой продольная визуализация и соответствующая анатомическая сегментация важны при интерпретации поглощения ткани.

Отношения SUV и ткани-к-фону являются полезными количественными показателями, но они не обязательно обеспечивают полное описание кинетики антител.

В зависимости от вопроса исследования дополнительную информацию могут предоставить временные-кривые активности, кинетическое моделирование, функции ввода плазмы и проверка ex vivo.

Соответствующий количественный метод следует выбирать в зависимости от того, является ли основной целью биораспределение, тканевая кинетика, связывание с мишенью или фармакодинамическая оценка.

Иммуно-ПЭТ добавляет больше, если интерпретировать его вместе с другими конечными точками трансляции.

Например:

ПЭТ-КТможет сочетать молекулярный сигнал с анатомической локализацией.

МРТможет добавлять мягкие-ткани и анатомическую информацию-высокого разрешения, особенно дляисследования ЦНС.

Плазма ПКобеспечивает измерения системного воздействия.

Биомаркеры и патологияпредлагают независимые доказательства биологической активности или воздействия на ткани.

Функциональные конечные точкиуказать, приводит ли взаимодействие молекулярных мишеней к измеримому фармакологическому ответу.

Инфраструктура трансляционных исследований Prisys включает ПЭТ-КТ, МРТ, КТ, DSA и другие клинические-эквивалентные методы визуализации, поддерживающие мультимодальную визуализацию в исследованиях NHP.

Более широкая платформа также поддерживаетФармакология НХП, оценка PK/PD, исследование биомаркеров и исследования целевого взаимодействия, чтобы данные молекулярной визуализации можно было интерпретировать в рамках более широких доклинических исследований.

Этот интегрированный подход имеет наибольшее значение, когда вопрос развития выходит за рамки простого биораспределения:

Достигает ли антитело намеченной ткани, взаимодействует ли со своей мишенью и вызывает ли ожидаемый биологический ответ?

Иммуно-ПЭТ можно использовать на разных этапах разработки биологических препаратов.. Во время раннего отбора кандидатов он может сравнивать антитела по их распределению в тканях и их целевому-поглощению.В ходе доклинической фармакологии он может дополнять анализ ФК плазмы и тканей для исследования воздействия на соответствующие участки.

Для программ ADC это может предоставить информацию о целевой доступности и-распределении по всему телу способами, дополняющими исследования эффективности и безопасности.

В онкологических программах визуализация-всего тела может характеризовать гетерогенную целевую экспрессию в очагах поражения и способствовать разработке биомаркеров визуализации.

Клинические отчеты также указывают на роль иммуно-ПЭТ в выборе пациентов и разработке сопутствующего-диагностического средства, хотя переход от доклинической визуализации к клинической диагностике требует отдельной проверки. Исследование ZEPHIR – хорошо-известный пример:⁸⁹Визуализация Zr-трастузумаба исследовалась в связи с ответом на лечение при HER2-положительном раке молочной железы.

Для доклинических программ NHP непосредственная ценность, как правило, заключается в более конкретном понимании биораспределения антител, доступности мишени и взаимосвязей между воздействием-реакцией перед клиническим внедрением.

Ценность иммуно-ПЭТ в исследованиях NHP заключается не только в возможности визуализировать антитела.

Его научная ценность заключается в том, что он связывает системное воздействие с пространственным распределением и доступностью молекулярных мишеней.

Обычная плазменная ФК остается важной для понимания системного воздействия. Анализ тканей ex vivo предоставляет подробную информацию об избранных анатомических участках. Иммуно-ПЭТ позволяет получить продольное-изображение всего тела, которое может показать, где накапливаются меченые радиоактивным изотопом антитела и как это распределение меняется с течением времени.

В сочетании с анализами целевой-экспрессии, тканевыми биомаркерами, патологией и фармакодинамическими конечными точками иммуно-ПЭТ способствует более комплексному представлению о фармакологии антител.

Таким образом, для исследований NHP моноклональных антител, биспецифических антител и ADC полезной основой является:

Воздействие → Биораспределение → Целевая доступность → Целевое взаимодействие → Биологический ответ

Эта концепция объединяет концепции молекулярной визуализации, обсуждаемые в более широкой серии Prisys, от биораспределения ПЭТ и ФК/ФД на основе визуализации-до количественного взаимодействия с мишенью и трансляционной молекулярной визуализации.

Цель состоит не в том, чтобы заменить традиционный ФК или анализ тканей, а в том, чтобы добавить пространственную и продольную информацию, которую эти методы не могут предоставить сами по себе.

Кармон К.С., Аждариния А. Применение иммуно-ПЭТ в разработке конъюгатов с антителами-лекарственными препаратами.Мол Визуализация. 2018;17:1536012118801223. дои: 10.1177/1536012118801223

Свяжитесь с Prisys Biotech