Доставка из носа-в-мозг у НПЗ: практический пример ОФЭКТ 125I

гематоэнцефалический-энцефалический барьер(ГЭБ) является одним из основных ограничений при разработке лекарств для центральной нервной системы (ЦНС). Он ограничивает проникновение многих малых молекул и большинства биологических препаратов в паренхиму мозга. Интраназально илидоставка из носа-в-мозгпоэтому вызвал интерес, поскольку полость носа анатомически связана с ЦНС через обонятельные и тройничные пути. Эти пути могут обеспечить доступ к мозгу, что не объясняется только системным кровообращением.

Научная задача заключается не просто в выборе интраназального пути введения. Целью проекта является демонстрация того, куда попадает введенный материал, какая степень сигнала связана с мозгом, как этот сигнал меняется с течением времени и отражает ли наблюдение неповрежденный тестируемый образец, а не отдельную метку или метаболит. Фармакокинетика плазмы (ФК) не может ответить на эти вопросы.Взятие проб спинномозговой жидкости (СМЖ)предоставляет информацию из ограниченного отсека и ограниченного количества моментов времени. Терминальный анализ мозга обеспечивает прямые измерения тканей, но каждое животное обычно вносит свой вклад в одно терминальное наблюдение.

меченый радиоактивным изотопоммолекулярная визуализацияпредоставляет дополнительный способ решения этих вопросов у не-приматов (NHP). Объединив исследуемый образец с радиоактивной меткой и серийную ОФЭКТ/КТ, исследователи могут отслеживать сигнал, связанный с индикатором-, в мозге и во всем теле одного и того же животного с течением времени. В этой статье обсуждается случай пептида, меченного йодом-125, представленный во времяВебинар по молекулярной визуализации Prisys Biotechи объясняет, что может и не может продемонстрировать дизайн исследования.

Почему ФК плазмы недостаточно для оценки доставки в ЦНС

Системное воздействие не эквивалентно воздействию на мозг. Соединение может производить измеримые или даже существенные концентрации в плазме, достигая лишь ограниченных концентраций в мозге. Эту взаимосвязь особенно трудно интерпретировать после интраназального введения, поскольку введенный материал может задерживаться в полости носа, выводиться в дыхательные пути, системно абсорбироваться или транспортироваться в ЦНС через местные анатомические пути.

Отбор проб СМЖ добавляет полезную информацию, но СМЖ не является прямым заменителем каждого отдела мозга. Отбор проб является инвазивным, дает редкие временные точки и может не отражать региональное воздействие на паренхиму. Анализ терминальной ткани мозга является более прямым, однако для построения продольной кривой удерживания требуются отдельные животные для каждого терминального момента времени. Это увеличивает количество необходимых животных и делает временной ход более зависимым от изменчивости между-субъектами.

Ни плазменный ПК, ни измерение с помощью одного терминала не дают полной пространственной картины. Для интраназальной программы ЦНС исследователям также может потребоваться знать, остается ли исследуемый образец в полости носа, достигает ли он нижних дыхательных путей, распространяется ли в другие органы или демонстрирует региональную структуру в мозге. Это вопросы распределения, а также вопросы концентрации.

Как ОФЭКТ с радиоактивной меткой поддерживает оценку от носа-до-мозга

Исследование молекулярной визуализации начинается с выбора радионуклида и стратегии маркировки, которые соответствуют исследуемому объекту и ожидаемому биологическому времени. В случае вебинара пептид был помечен йодом-125 (125I), радионуклидом с физическим периодом полу-распада примерно 59,4 дня. Его относительно длительный физический период полураспада-совместим с серийными наблюдениями в течение нескольких часов или дней, что актуально, когда удержание в мозге может выходить за пределы короткого окна визуализации обычно используемых короткоживущих радионуклидов ПЭТ.

Меченый материал вводится на уровне индикатора. Этот тип конструкции микродоз предназначен для обеспечения обнаруживаемого сигнала визуализации при минимизации фармакологического воздействия меченого материала. Само по себе это не доказывает, что меченый препарат ведет себя идентично немаркированному терапевтическому средству. Этот вопрос зависит от места мечения, специфической активности, радиохимической чистоты, состава и сохранения биологических свойств исходной молекулы.

ОФЭКТ/КТ объединяет молекулярную информацию, полученную из радионуклидов,-с анатомической совместной-регистрацией. Последовательные сканирования можно использовать для оценки:

• можно ли обнаружить сигнал, связанный с мозгом-, после интраназального введения;
• анатомическое распределение сигнала в отображаемых областях ЦНС;
• изменение сигнала,-связанного с мозгом, с течением времени; и
• одновременное расположение в полости носа, дыхательных путях, легких и других органах в поле зрения.

Полученные измерения лучше всего интерпретировать как сигнал, связанный с индикатором-или радиоактивно меченным-материалом. Их не следует автоматически описывать как концентрацию интактного исходного-препарата, если стабильность этикетки и биоанализ ex vivo не подтверждают такую ​​интерпретацию.

Практический пример: Серийная ОФЭКТ 125I после интраназального введения пептидов у НЧП

Дело было проведено отделом трансляционных исследований NHP компании Prisys Biotech, а также отделом радиохимии и молекулярной визуализации. В исследовании использовался меченный йодом-125 пептид, вводимый интраназально NHP.

Серийную ОФЭКТ-визуализацию проводили через 1, 24, 48, 72 и 96 часов после введения. Последовательность визуализации была разработана для изучения присутствия и распределения сигнала, связанного с мозгом,-связанного с радиоактивной меткой, в течение нескольких-дневных периодов, а не на основе одного конечного измерения.

В деле предоставлено три взаимосвязанных типа информации. Во-первых, после интраназального введения наблюдался сигнал, связанный с мозгом-, что подтверждает дальнейшее исследование доставки препарата в ЦНС. Во-вторых, распределение сигнала можно было бы оценить по анатомическим областям мозга, а не рассматривать как единое значение-мозга. В-третьих, серийные сканирования показали, как сигнал, связанный с мозгом,-менялся в течение 96-часового периода наблюдения, включая сохранение обнаруживаемого сигнала в течение как минимум 72 часов, как было представлено на вебинаре.

Те же приобретения также предоставили информацию за пределами ЦНС. Сигнал оценивали в области носа, щеки, бронхиального тракта и легких. Это важно, поскольку местное осаждение и респираторный клиренс могут влиять на долю интраназальной дозы, которая остается доступной для потенциального переноса из носа-в-мозг. Таким образом, дизайн визуализации, который исследует как ЦНС-, так и респираторную предрасположенность, может помочь исследователям интерпретировать путь доставки в целом, а не сосредотачиваться только на окончательном изображении мозга.

На что может ответить дизайн исследования

1. Обнаруживается ли сигнал,-связанный с мозгом, после интраназального введения?

Серийная ОФЭКТ обеспечивает in vivo доказательства присутствия радиоактивно меченного материала в визуализируемой области мозга после введения. Это более убедительно, чем вывод о доставке в ЦНС только на основании воздействия плазмы. Результат по-прежнему необходимо точно описать: визуализация демонстрирует сигнал трассера, связанный с мозгом, но сама по себе она не доказывает точный маршрут транспорта и не устанавливает, что интактный пептид проник в определенный тип клеток мозга.

2. Где накапливается сигнал?

ОФЭКТ/КТ предоставляет пространственную информацию на уровне, разрешенном модальностью, качеством регистрации, методом реконструкции и разрешением,-специфичным для исследования. Региональный анализ может показать, сконцентрирован ли сигнал в определенных анатомических областях. Это важно для программ по ЦНС, в которых среднее значение-мозга в целом может скрыть региональные различия в воздействии или удержании.

3. Как сигнал,-связанный с мозгом, меняется со временем?

Последовательность от 1- до 96-часов обеспечивает курс времени внутри предмета. Исследователи могут оценить время появления самого высокого наблюдаемого сигнала, постоянство в окне наблюдения и видимое размытие. Эти наблюдения, полученные с помощью визуализации, можно рассматривать наряду с данными ФК плазмы, СМЖ, фармакодинамическими конечными точками и измерениями тканей ex vivo.

4. Куда уходит оставшаяся доза?

Визуализация всего-тела или расширенного-поля может выявить одновременное распространение за пределами мозга. Для интраназального введения особенно важны полость носа и дыхательные пути. Распределение по периферическим органам также может помочь определить закономерности воздействия, которые могут иметь отношение к безопасности, клиренсу или интерпретации очевидной фракции доставки в ЦНС.

5. Может ли исследование снизить зависимость от терминальной выборки?

Серийная визуализация позволяет проводить повторные наблюдения за одним и тем же субъектом, что может уменьшить необходимость назначать отдельные терминальные когорты для каждого момента времени. Степень любого снижения зависит от целей исследования, плана валидации, количества животных, графика визуализации и необходимости прямого подтверждения ex vivo. Поэтому молекулярную визуализацию следует рассматривать как способ улучшить информацию, полученную в ходе исследований на животных, а не как автоматическую замену терминального анализа.

Что визуализация не устанавливает сама по себе

Первым ограничением является пространственное и клеточное разрешение. ОФЭКТ/КТ может локализовать радиоактивно меченный сигнал в анатомических областях, но не может определить, находится ли материал внутри нейронов, глиальных клеток, сосудистых компартментов или внеклеточного пространства. Клеточная и субклеточная локализация требует таких методов, как авторадиография, гистология, иммуногистохимия или другие терминальные анализы.

Второе ограничение касается молекулярной идентичности. Камера обнаруживает радиоактивный распад изотопа. Он не отличает интактный пептид от меченого радиоактивным изотопом метаболита или свободного йода, если метка высвобождается in vivo. Поэтому стабильность этикетки следует оценивать до и во время исследования, где это возможно. Выбранные конечные моменты времени можно сочетать с биоанализом ex vivo, чтобы определить, насколько близко сигнал визуализации представляет исходный исследуемый образец.

Третье ограничение — присвоение маршрута. Сигнал, связанный с мозгом-после интраназального введения, совместим с доставкой в ​​ЦНС, но ОФЭКТ сама по себе не может окончательно отличить прямой транспорт из носа-в-мозг от системной абсорбции с последующим проникновением ГЭБ или от комбинации путей. Выводы по конкретным маршрутам- требуют интеграции с дизайном исследования, данными о составе, ФК плазмы и тканей, измерениями СМЖ, где это необходимо, и соответствующими средствами контроля.

Эти ограничения не снижают ценность визуализации. Они определяют, как следует использовать данные. Серийная визуализация может определить регионы и моменты времени, которые требуют детального окончательного исследования, позволяя работе ex vivo сосредоточиться на конкретных вопросах, а не распределять их по произвольному временному отрезку.

Почему NHP важны для развития носа-и-мозга

Грызуны по-прежнему полезны для скрининга рецептур, изучения механизмов и раннего подтверждения--концепции. Однако анатомия носа и физиология дыхания грызунов отличаются от таковых у человека. Грызуны облигатно дышат носом, и обонятельный эпителий занимает пропорционально большую часть носовой полости. Эти особенности могут влиять на отложение и могут приводить к более явному вкладу обонятельного транспорта, чем можно было бы ожидать у людей.

NHP обеспечивают более близкий анатомический и физиологический контекст для отдельных вопросов перевода, включая геометрию полости носа, организацию дыхательных путей, характер дыхания, анатомию ЦНС и совместимость с клиническими-эквивалентными изображениями. Данные NHP не устраняют неопределенности в переводе на человека, и их не следует интерпретировать как прямой прогноз клинического воздействия. Их ценность заключается в том, что они позволяют оценить путь, региональное распределение, удержание и системное расположение в модели, имеющей большее отношение к анатомии человека, чем стандартные исследования на грызунах для некоторых вопросов доставки.

Выбор видов должен по-прежнему определяться вопросом развития. Исследование NHP наиболее информативно, когда оно предназначено для принятия решения, которое не может быть адекватно принято in vitro или на грызунах, например, выбор состава, региональное воздействие на ЦНС, оценка устройства доставки или взаимосвязь между местным отложением и системным воздействием.

Интеграция визуализации с ФК, биоанализом и фармакологией

Молекулярная визуализация наиболее полезна, когда она планируется как один из компонентов интегрированного набора трансляционных данных. Исследование от носа-до-мозга может сочетать серийную ОФЭКТ/КТ с ФК плазмы, отбором проб спинномозговой жидкости, исследованием носа и дыхания, биоанализом тканей, измерениями биомаркеров и фармакодинамическими конечными точками.

Такая интеграция позволяет сравнивать несколько уровней доказательств:

• Системное воздействие:концентрация в плазме, воздействие и клиренс;
• Пространственная экспозиция:региональное распределение радиоактивно меченного материала в мозге и периферических-органах;
• Временное воздействие:изменение сигнала от раннего периода после-дозировки до более позднего периода удержания или вымывания;
• Молекулярная идентичность:доля сигнала, относящаяся к интактному исходному материалу или соответствующим метаболитам; и
• Биологический эффект: целевое взаимодействие, реакция биомаркера или функциональная фармакология.

Ни один уровень не является достаточным для каждой программы. Трансляционная интерпретация становится сильнее, когда сигнал визуализации связан с измеряемым тестируемым объектом, ожидаемым механизмом и биологическим ответом, соответствующим терапевтической гипотезе.

Роль Prisys Biotech в исследованиях NHP от-до-визуализации мозга

Prisys Biotech проводит трансляционные исследования NHP, которые могут включать интраназальное дозирование, серийную молекулярную визуализацию, ФК/ФД, анализ биомаркеров и оценку дополнительных тканей. Рабочий процесс может включать в себя выбор радионуклидов, радиоактивную маркировку, подготовку и очистку после маркировки, контроль качества, ОФЭКТ/КТ или ПЭТ/КТ крупных-животных, а также количественный анализ изображений.

В материалах вебинара описаны рабочие процессы маркировки и визуализации, применимые к малым молекулам, пептидам, белкам, макромолекулам, наноматериалам и антителам. Соответствующий радионуклид и модальность зависят от исследуемого образца, химического состава маркировки, ожидаемой кинетики, требуемого окна наблюдения, чувствительности и целей исследования. Эти параметры следует устанавливать при планировании исследования, а не выбирать исключительно на основе доступности инструментов.

В программах «от носа-к-мозгу практическая цель состоит в том, чтобы соединить процедуру доставки с набором обоснованных доказательств: где обнаружен материал, как его распределение меняется с течением времени, какая часть сигнала может быть отнесена к исходной молекуле и связано ли воздействие с фармакологическим эффектом.

Заключение

Серийная ОФЭКТ 125I позволяет оценить распределение-связанной с мозгом и дыхательной-системы после интраназального введения пептида у NHP. В случае вебинара сканирование через 1, 24, 48, 72 и 96 часов показало, как одно введение уровня трассера-может генерировать продольную и пространственную информацию, включая обнаруживаемый сигнал,-связанный с мозгом, в течение как минимум 72 часов, как было представлено исследовательской группой.

Этот метод независимо не доказывает точный механизм переноса-в-мозг, клеточную локализацию или неповрежденную-родительскую концентрацию. Эти вопросы требуют дополнительных мер контроля, оценки-стабильности этикетки, биоанализа и, при необходимости, методов терминальной ткани. Его ценность заключается в добавлении повторяющегося анализа распределения и удержания in vivo к традиционной схеме анализа фармакокинетики и тканей-.

При разработке лекарств для ЦНС наиболее информативным методом обычно является не визуализация, а биоанализ. Это визуализация вместе с биоанализом, фармакологией и соответствующими конечными точками трансляции. Эта комбинация может способствовать принятию более точных решений относительно рецептуры, дозирования, регионального воздействия на ЦНС, удержания и следующего этапа доклинической разработки.