Immuno-PET in NHP-modellen voor de ontwikkeling van antilichamen

Op antilichamen-gebaseerde therapieën omvatten nu conventionele monoklonale antilichamen (mAbs), bispecifieke antilichamen, antilichaam-geneesmiddelconjugaten (ADC's) en andere kunstmatige biologische geneesmiddelen. Naarmate moleculaire formaten complexer worden, is het een terugkerende vraag geworden in de preklinische ontwikkeling van geneesmiddelen om te weten waar een antilichaam na toediening naartoe gaat en of het het beoogde biologische doelwit bereikt.

Conventionele farmacokinetische (PK) onderzoeken meten de antilichaamconcentraties in plasma of serum. Deze metingen beschrijven de systemische blootstelling, klaring en halfwaardetijd, maar geven beperkte informatie over hoe een antilichaam zich over weefsels verspreidt.

Immuno-positronemissietomografie (Immuno-PET) pakt een deel van deze kloof aan. Door een antilichaam of een van antilichamen-afgeleide targetingsonde radioactief te labelen, kan PET de verspreiding ervan over het lichaam over meerdere tijdstippen visualiseren en kwantificeren. Wanneer de tracer doelbindende eigenschappen behoudt, kunnen de beeldgegevens de weefseltoegankelijkheid, doelgeassocieerde opname-en de relatie tussen systemische blootstelling en weefseldistributie beschrijven.

Bij niet-menselijke primaten (NHP's) is Immuno-PET zeer geschikt-omdatmoleculaire beeldvormingkan worden gecombineerd met plasma-PK, anatomische beeldvorming, weefselbiomarkers en farmacodynamische eindpunten binnen één enkel translationeel onderzoek.

De vraag is niet alleen waar het antilichaam naartoe gaat, maar ook of het het beoogde weefsel bereikt, het relevante doelwit aangrijpt en een distributie produceert die consistent is met de beoogde farmacologie.

Plasma PK blijft een kerncomponent van de ontwikkeling van biologische geneesmiddelen. Parameters zoals Cmax, AUC, klaring en halfwaardetijd beschrijven de systemische blootstelling en ondersteunen dosisselectie en blootstellingsresponsmodellering.

Systemische blootstelling voorspelt echter niet noodzakelijkerwijs de weefselblootstelling.

Een antilichaam kan gedurende langere tijd in de bloedsomloop blijven terwijl het in alle organen zeer verschillende opnameprofielen vertoont. Doelexpressie, vasculaire permeabiliteit, weefselarchitectuur, Fc-receptorinteracties, antigeen-gemedieerde internalisatie en niet-specifieke opname kunnen allemaal de weefseldistributie bepalen.

Hierdoor ontstaat er een onderscheid tussensystemische PKEnfarmacologie op weefsel-niveau.

Voor een antilichaamtherapeuticum blijven er vaak verschillende vragen open na conventionele PK-analyse:

• Bereikt het antilichaam het doelweefsel?
• Is het moleculaire doelwit in vivo toegankelijk voor het antilichaam?
• Varieert de doelexpressie tussen weefsels of laesies?
• Is de opname voornamelijk doelgericht-gemedieerd of niet-specifiek?
• Heeft een hoge doelexpressie in normale weefsels invloed op de distributie?
• Hoe verandert de weefselopname in de loop van de tijd?

Terminale weefselbemonstering beantwoordt een aantal hiervan, maar meestal op een paar geselecteerde tijdstippen en in een beperkt aantal weefsels. Immuno-PET voegt een longitudinaal, niet-invasief perspectief toe door bij te houden hoe een radioactief gelabeld antilichaam of doelgerichte probe zich in de loop van de tijd verspreidt.

Deze kloof is het belangrijkst voor biologische geneesmiddelen met lange circulatietijden en complexe weefseldistributiepatronen.

Immuno-PET combineert de moleculaire herkenningseigenschappen van antilichamen met de gevoeligheid en kwantitatieve mogelijkheden van positronemissietomografie.

In een typisch onderzoek wordt een monoklonaal antilichaam of van een antilichaam-afgeleide probe gelabeld met een positron-emitterend radionuclide. Voor intacte antilichamen zijn langer-levende radionucliden zoals zirkonium-89 (⁸⁹Zr) worden vaak gebruikt omdat hun fysieke halfwaardetijd overeenkomt met de relatief langzame distributie- en klaringskinetiek van IgG-moleculen.

^89Zrheeft een fysieke halfwaardetijd- van ongeveer 3,3 dagen, wat beeldvorming gedurende meerdere dagen na toediening ondersteunt. Dit maakt het nuttig voor onderzoeken naar vertraagde weefseldistributie, hoewel de optimale radionuclide afhangt van het moleculaire formaat, de biologische kinetiek, de etiketteringschemie en het onderzoeksdoel. In de recensie van Carmon en Azhdarinia uit 2018 wordt dit opgemerkt⁸⁹Zr is een vaak gebruikte radionuclide voor beeldvorming van antilichamen, omdat de halfwaardetijd ervan vertraagde beeldvorming en beoordeling van de biodistributie van antilichamen over een langere periode mogelijk maakt.

Een typische Immuno-PET-workflow omvat:

Selectie van antilichamen → Radiolabeling → Toediening → Seriële PET-beeldvorming → Anatomische co-registratie → Kwantitatieve analyse → Biodistributie en target-betrokkenheidsinterpretatie

De beeldweergave kan regionale activiteitsconcentratie, SUV, weefsel-tot-achtergrondverhoudingen, tijd-activiteitscurven en andere kwantitatieve parameters omvatten. Meer geavanceerde analyses kunnen kinetische modellering of vergelijkingen met plasma PK en ex vivo weefselmetingen omvatten.

PET-signaal is niet hetzelfde als de concentratie van intact therapeutisch antilichaam in weefsel. Er moet rekening worden gehouden met het metabolisme van radiolabels, de niet-specifieke opname, de activiteit van de bloedpool, de stabiliteit van de tracer en eventuele verschillen tussen de beeldvormende sonde en het therapeutische molecuul.

Een praktisch voordeel van Immuno-PET is dat de analyse verder gaat dan eenvoudigbiodistributie over het hele-lichaam.

Voor gerichte antilichamen kan de weefselopname verschillende overlappende processen weerspiegelen:

Systemische circulatie → Weefsellevering → Bereikbaarheid van het doel → Antilichaambinding → Internalisatie of retentie → Opruiming

Een hoog PET-signaal in een doelweefsel kan wijzen op een gunstige afgifte, maar bewijst op zichzelf geen farmacologische doelbetrokkenheid.

Om de interpretatie te versterken, kunnen immuno-PET-gegevens worden gecombineerd met onafhankelijke metingen zoals receptorexpressie, weefselbiomarkers, immunohistochemie, ex vivo biodistributie of testen op receptorbezetting.

ADC-programma's zijn vooral afhankelijk van deze gelaagdheid van bewijsmateriaal. Een ADC is afhankelijk van systemische blootstelling, toegankelijkheid van doelantigeen, binding van antilichamen, internalisatie, intracellulaire handel en daaropvolgende vrijgave van de lading.

De recensie van Carmon en Azhdarinia uit 2018 beschrijft hoe⁸⁹Zr-immuno-PET is gebruikt om de biodistributie van het hele-lichaam, de farmacokinetiek en de tumortargeting van antilichamen en ADC's te evalueren. Het vergroot ook de mogelijkheid om moleculaire beeldvorming te gebruiken om doelheterogeniteit te karakteriseren en patiëntenselectiestrategieën- te ondersteunen.

Immuno-PET kan het beste worden gezien als eenfunctionele beeldvormingsbenadering die naast moleculaire en histologische metingen gaat, geen op zichzelf staande vervanging voor hen.

Wat Immuno-PET toevoegt, hangt af van de beeldvormingstechnologie en van het gebruikte biologische model.

NHP-studies aanbiedeneen nuttige translationele setting voor de biodistributie van antilichamenomdat ze seriële beeldvorming ondersteunen, samen met conventionele farmacologie, biomarkeranalyse en, indien wetenschappelijk gerechtvaardigd, weefselbemonstering.

NHP's maken ook beeldvormingsprotocollen mogelijk die dichter bij de schaal en workflow van klinische PET-onderzoeken liggen dan bij de meeste kleinere-diermodellen. Een grotere lichaamsgrootte biedt voldoende anatomische scheiding voor beeldvorming op orgaan-niveau, en longitudinale beeldvorming zorgt ervoor dat elk dier op meerdere tijdstippen als zijn eigen referentie kan dienen.

De relevantie van het NHP-model moet nog steeds gevalideerd worden -per- geval. Verschillen tussen-soorten in doelwitexpressie, epitoopherkenning, Fc-receptorinteracties en antilichaamfarmacologie kunnen van invloed zijn op de manier waarop immuno-PET-gegevens worden geïnterpreteerd.

Om deze reden moeten de kruisreactiviteit en bindingskenmerken van de gekozen NHP-soort worden bevestigd voordat het model voor kwantitatieve doelspecifieke beeldvorming wordt gebruikt.

Een biologisch relevant NHP-model is niet simpelweg een model waarin het antilichaam kan worden gedetecteerd. Het is er een waarbij de moleculaire interactie die wordt bestudeerd voldoende vergelijkbaar is met het beoogde klinische mechanisme.

Seriële PET-beeldvorming kan de relatieve verdeling van een radioactief gelabeld antilichaam over belangrijke organen en weefsels in kaart brengen, als aanvulling op plasma PK en conventionele ex vivo biodistributiestudies.

De resulterende gegevens kunnen helpen de verwachte fysiologische verdeling te onderscheiden van ongebruikelijke accumulatie en weefsels te identificeren die aanvullend onderzoek rechtvaardigen.

Voor doel-specifieke antilichamen kan beeldvorming aangeven of het doel in vivo toegankelijk is.

Dit verschilt van het aantonen van doelexpressie in een weefselmonster. Immunohistochemie en soortgelijke ex vivo testen bevestigen de aanwezigheid, terwijl Immuno-PET in vivo toegankelijkheid en antilichaamaccumulatie toevoegt.

Doelexpressie kan variëren tussen weefsels, laesies of ziektestadia.

Dit is het meest van belang in de oncologie, waar een enkele biopsie niet altijd de doelexpressie over laesies vertegenwoordigt. Beeldvorming van het hele-lichaam kan de doelverdeling over laesies in kaart brengen op manieren die met een enkel weefselmonster niet mogelijk zijn.

Verschillende antilichamen die op hetzelfde doelwit zijn gericht, kunnen verschillende affiniteiten, epitoopherkenning, internalisatiekenmerken of weefseldistributie hebben.

Immuno-PET kan worden opgenomen in kandidaat-selectiestrategieën door weefselopname en doel-geassocieerde distributie te vergelijken voordat een molecuul naar meer hulpbronnen-intensievere ontwikkelingsfasen wordt gebracht.

KoppelenImmuno-PET voor het bredere PK/PD-framework voor beeldvormingzaken voor translationeel redeneren.

Zoals besproken in het gerelateerde artikel Imaging-Based PK/PD Assessment in Non-Human Primates, beschrijft conventionele plasma-PK de systemische blootstelling, terwijl beeldvorming ruimtelijke en longitudinale informatie toevoegt over de weefseldistributie.

Voor de ontwikkeling van antilichamen kan deze relatie worden uitgebreid:

Plasma PK → Weefselbiodistributie → Doeltoegankelijkheid → Doelbetrokkenheid → Farmacodynamische respons

Elke stap beantwoordt een andere vraag.Plasma PK beschrijft hoeveel antilichaam er in de bloedsomloop aanwezig is.Imaging PK laat zien waar het gelabelde antilichaam wordt verdeeld en hoe die verdeling in de loop van de tijd verandert.

Doel-specifieke immuno-PET kan bewijs leveren van doel-gerelateerde opname wanneer de tracer en het experimentele ontwerp een dergelijke interpretatie ondersteunen.

Farmacodynamische metingen bepalen vervolgens of doelinteractie zich vertaalt in een meetbare biologische respons.

Dit geïntegreerde raamwerk is vooral nuttig voor biologische geneesmiddelen waarvan de therapeutische activiteit afhangt van weefselpenetratie of toegankelijkheid van moleculaire doelwitten.

Immuno-PET is een krachtige methodologie, maar bij het ontwerpen en interpreteren van onderzoeken moet rekening worden gehouden met verschillende technische factoren.

Radiolabeling kan het biologische gedrag van een antilichaam veranderen. De gelabelde tracer moet vóór gebruik worden gekarakteriseerd op immunoreactiviteit, affiniteit, stabiliteit en andere relevante eigenschappen.

Voor ADC-programma's is een aanvullende overweging dat het beeldvormende antilichaam en de therapeutische ADC niet noodzakelijkerwijs identieke moleculen zijn. Conjugatie van een lading kan de moleculaire eigenschappen veranderen, inclusief de farmacokinetiek en stabiliteit.

Bijgevolg mag niet automatisch worden aangenomen dat de biodistributie van een radioactief gelabeld naakt antilichaam identiek is aan de biodistributie van de overeenkomstige ADC.

Deze beperking is gedocumenteerd in de Immuno-PET-literatuur (bijv. Carmon en Azhdarinia, 2018) en verdient aandacht wanneer bevindingen uit beeldvorming worden vertaald in therapeutische conclusies.

Hoge doelexpressie in normale weefsels kan de distributie en klaring van antilichamen aanzienlijk beïnvloeden.

Target{0}}mediated drug disposition (TMDD) beschrijft dit patroon: weefsel-specifieke opname die afwijkt van niet-specifieke distributie. Beeldvorming kan het patroon laten zien, maar kwantitatieve interpretatie vereist een passende farmacologische context.

Omdat antilichamen gedurende langere perioden circuleren, kan vasculaire activiteit het PET-signaal domineren op vroege tijdstippen van beeldvorming.

Dit is één van de redenen waarom longitudinale beeldvorming en passende anatomische segmentatie belangrijk zijn bij het interpreteren van weefselopname.

SUV- en weefsel-tot-achtergrondverhoudingen zijn nuttige kwantitatieve maatstaven, maar bieden niet noodzakelijkerwijs een volledige beschrijving van de antilichaamkinetiek.

Afhankelijk van de onderzoeksvraag kunnen tijdactiviteitscurven-, kinetische modellering, plasma-invoerfuncties en ex vivo-validatie aanvullende informatie opleveren.

De geschikte kwantitatieve methode moet worden gekozen op basis van het feit of het primaire doel biodistributie, weefselkinetiek, doelbinding of farmacodynamische beoordeling is.

Immuno-PET voegt meer toe als het naast andere translationele eindpunten wordt geïnterpreteerd.

Bijvoorbeeld:

PET-CTkan moleculair signaal combineren met anatomische lokalisatie.

MRIkan zacht-weefsel en anatomische informatie met hoge-resolutie toevoegen, vooral voorCZS-onderzoeken.

Plasma PKbiedt systemische blootstellingsmetingen.

Biomarkers en pathologiebieden onafhankelijk bewijs van biologische activiteit of weefseleffecten.

Functionele eindpuntengeven aan of de betrokkenheid van moleculaire doelwitten zich vertaalt in een meetbare farmacologische respons.

De translationele onderzoeksinfrastructuur van Prisys omvat PET-CT, MRI, CT, DSA en andere klinische-equivalente beeldvormingsmodaliteiten, ter ondersteuning van multimodale beeldvorming binnen NHP-onderzoeken.

Het bredere platform ondersteunt ookNHP-farmacologie, PK/PD-beoordeling, biomarkeronderzoek en doelgerichte-betrokkenheidsstudies, zodat moleculaire beeldgegevens kunnen worden geïnterpreteerd binnen een breder preklinisch onderzoekskader.

Deze geïntegreerde aanpak is het belangrijkst als de ontwikkelingsvraag verder gaat dan alleen de biologische distributie:

Bereikt het antilichaam het beoogde weefsel, interageert het met zijn doelwit en produceert het de verwachte biologische respons?

Immuno-PET kan worden opgenomen in verschillende stadia van de ontwikkeling van biologische geneesmiddelen. Tijdens de vroege selectie van kandidaten kan het antilichamen vergelijken op weefseldistributie en doel-geassocieerde opname.Tijdens de preklinische farmacologie kan het plasma PK en weefselanalyse aanvullen om de blootstelling op relevante locaties te onderzoeken.

Voor ADC-programma's kan het de toegankelijkheid van het doel en de verdeling over het hele-lichaam informeren op manieren die een aanvulling vormen op de werkzaamheids- en veiligheidsstudies.

Voor oncologieprogramma's kan beeldvorming van het hele-lichaam de heterogene doelexpressie over laesies karakteriseren en de ontwikkeling van beeldvormende biomarkers ondersteunen.

Klinische rapporten wijzen ook op een rol voor Immuno-PET bij de selectie van patiënten en de aanvullende-diagnostische ontwikkeling, hoewel de vertaling van een preklinische beeldvormende tracer naar een klinische diagnostiek afzonderlijke validatie vereist. Het ZEPHIR-onderzoek is een bekend-voorbeeld:⁸⁹Beeldvorming met Zr-trastuzumab werd onderzocht in relatie tot de behandelingsrespons bij HER2-positieve borstkanker.

Voor preklinische NHP-programma's is de onmiddellijke waarde over het algemeen een concreter begrip van de biodistributie van antilichamen, de toegankelijkheid van het doel en de blootstellingsresponsrelaties- vóór klinische vertaling.

De waarde van Immuno-PET in NHP-onderzoek is niet alleen het vermogen om een ​​antilichaam zichtbaar te maken.

De wetenschappelijke waarde ervan ligt in het verbinden van systemische blootstelling met ruimtelijke distributie en toegankelijkheid van moleculaire doelwitten.

Conventionele plasma PK blijft essentieel voor het begrijpen van systemische blootstelling. Ex vivo weefselanalyse levert gedetailleerde informatie op geselecteerde anatomische locaties. Immuno-PET voegt een longitudinale, volledige- lichaamsbeelddimensie toe die kan laten zien waar een radioactief gelabeld antilichaam zich ophoopt en hoe die verdeling in de loop van de tijd verandert.

Gecombineerd met target{0}}expressietesten, weefselbiomarkers, pathologie en farmacodynamische eindpunten draagt ​​Immuno-PET bij aan een meer geïntegreerd beeld van de farmacologie van antilichamen.

Voor NHP-onderzoeken naar mAb's, bispecifieke antilichamen en ADC's is daarom een ​​nuttig raamwerk:

Blootstelling → Biodistributie → Doeltoegankelijkheid → Doelbetrokkenheid → Biologische respons

Dit raamwerk verbindt de concepten van moleculaire beeldvorming die besproken worden in de bredere Prisys-serie, van PET-biodistributie en op beeldvorming-gebaseerde PK/PD tot kwantitatieve doelbetrokkenheid en translationele moleculaire beeldvorming.

Het doel is niet om conventionele PK- of weefselanalyses te vervangen, maar om ruimtelijke en longitudinale informatie toe te voegen die deze methoden alleen niet kunnen bieden.

Carmon KS, Azhdarinia A. Toepassing van immuno-PET in antilichaam-ontwikkeling van medicijnconjugaten.Mol Beeldvorming. 2018;17:1536012118801223. doi:10.1177/1536012118801223

Neem contact op met Prisys Biotech