Neus-naar-hersentoediening in NHP's: 125I SPECT-casestudy

Debloed-hersenbarrière(BBB) ​​is een van de belangrijkste beperkingen bij de ontwikkeling van geneesmiddelen voor het centrale zenuwstelsel (CZS). Het beperkt de toegang van veel kleine moleculen en de meeste biologische stoffen tot het hersenparenchym. Intranasaal, ofneus-naar-hersenafleveringheeft daarom belangstelling gewekt omdat de neusholte anatomisch verbonden is met het CZS via de reuk- en trigeminale routes. Deze routes bieden mogelijk toegang tot de hersenen die niet alleen door de systemische circulatie kan worden verklaard.

De wetenschappelijke uitdaging is niet eenvoudigweg het kiezen van een intranasale route. Het is bedoeld om aan te tonen waar het toegediende materiaal naartoe gaat, hoeveel signaal er met de hersenen wordt geassocieerd, hoe dat signaal in de loop van de tijd verandert en of de waarneming het intacte testvoorwerp weerspiegelt in plaats van een losgemaakt label of metaboliet. Plasmafarmacokinetiek (PK) kan deze vragen niet beantwoorden.Bemonstering van hersenvocht (CSF).biedt informatie uit een beperkt compartiment en een beperkt aantal tijdstippen. Terminale hersenanalyse levert directe weefselmetingen op, maar elk dier draagt ​​doorgaans één terminale observatie bij.

Radiogelabeldmoleculaire beeldvormingbiedt een aanvullende manier om deze vragen te beantwoorden bij niet-menselijke primaten (NHP's). Door een radioactief gelabeld testartikel te combineren met seriële SPECT/CT kunnen onderzoekers het tracer--geassocieerde signaal in de hersenen en door het hele lichaam van hetzelfde dier in de loop van de tijd volgen. Dit artikel bespreekt een jodium-125-gelabeld peptidegeval dat werd gepresenteerd tijdens dePrisys Biotech webinar over moleculaire beeldvormingen legt uit wat het onderzoeksontwerp wel en niet kan aantonen.

Waarom Plasma PK niet voldoende is om de levering aan het CZS te evalueren

Systemische blootstelling is niet gelijk aan blootstelling van de hersenen. Een verbinding kan meetbare of zelfs substantiële plasmaconcentraties produceren, terwijl deze slechts beperkte concentraties in de hersenen bereikt. De relatie is bijzonder moeilijk te interpreteren na intranasale toediening, omdat het toegediende materiaal in de neusholte kan achterblijven, in de luchtwegen terecht kan komen, systemisch kan worden geabsorbeerd of via lokale anatomische routes naar het CZS kan worden getransporteerd.

CSF-bemonstering voegt nuttige informatie toe, maar CSF is geen direct surrogaat voor elk hersencompartiment. Bemonstering is invasief, levert schaarse tijdstippen op en vertegenwoordigt mogelijk niet de regionale parenchymale blootstelling. De terminale analyse van hersenweefsel is directer, maar voor een longitudinale retentiecurve zijn voor elk terminaal tijdstip afzonderlijke dieren nodig. Dit vergroot het aantal benodigde dieren en maakt het tijdsverloop afhankelijker van de variabiliteit tussen-onderwerpen.

Noch plasma PK, noch een enkele terminale meting geeft een compleet ruimtelijk beeld. Voor een intranasaal CZS-programma moeten onderzoekers mogelijk ook weten of het testartikel in de neusholte blijft, de lagere luchtwegen bereikt, zich naar andere organen verspreidt of een regionaal patroon in de hersenen vertoont. Dit zijn zowel distributievragen als concentratievragen.

Hoe radioactief gelabelde SPECT de beoordeling van de neus-tot-hersenen ondersteunt

Een moleculaire beeldvormingsstudie begint met de selectie van een radionuclide en een labelingsstrategie die past bij het testartikel en het verwachte biologische tijdsverloop. In het webinar-geval werd het peptide gelabeld met jodium-125 (125I), een radionuclide met een fysieke halfwaardetijd- van ongeveer 59,4 dagen. De relatief lange fysieke halfwaardetijd is verenigbaar met seriële observatie gedurende uren tot dagen, wat relevant is wanneer hersenretentie verder reikt dan het korte beeldvenster van veelgebruikte kortlevende PET-radionucliden.

Het gelabelde materiaal wordt op tracerniveau toegediend. Dit type microdosisontwerp is bedoeld om een ​​detecteerbaar beeldsignaal te verschaffen terwijl de farmacologische verstoring door het gelabelde materiaal wordt geminimaliseerd. Het bewijst op zichzelf niet dat het gelabelde preparaat zich identiek gedraagt ​​als het ongelabelde geneesmiddel. Die vraag hangt af van de labelingsplaats, de specifieke activiteit, de radiochemische zuiverheid, de formulering en het behoud van de biologische eigenschappen van het moedermolecuul.

SPECT/CT combineert radionucliden-afgeleide moleculaire informatie met anatomische co-registratie. Seriële scans kunnen worden gebruikt om het volgende te evalueren:

• of een hersen-geassocieerd signaal detecteerbaar is na intranasale toediening;
• de anatomische verdeling van het signaal binnen de afgebeelde CZS-gebieden;
• de verandering in het-hersenengerelateerde signaal in de loop van de tijd; En
• gelijktijdige plaatsing in de neusholte, luchtwegen, longen en andere organen binnen het gezichtsveld.

De resulterende metingen kunnen het beste worden geïnterpreteerd als tracer-geassocieerd signaal of radiogelabelde- materiaalverdeling. Ze mogen niet automatisch worden beschreven als de concentratie van het intacte oudergeneesmiddel, tenzij de stabiliteit van het etiket en de ex vivo bioanalyse deze interpretatie ondersteunen.

Casestudy: Seriële 125I SPECT na intranasale peptidetoediening bij NHP's

De casus werd uitgevoerd door de NHP-translationele onderzoekscapaciteiten en radiochemische en moleculaire beeldvormingscapaciteiten van Prisys Biotech. Bij de studie werd gebruik gemaakt van een jodium-125-gelabeld peptide dat intranasaal aan NHP's werd toegediend.

Seriële SPECT-beeldvorming werd 1, 24, 48, 72 en 96 uur na toediening uitgevoerd. De beeldsequentie was ontworpen om de aanwezigheid en distributie van hersen-geassocieerd radioactief gemerkt signaal over een periode van meerdere- dagen te onderzoeken in plaats van te vertrouwen op een enkele terminale meting.

De zaak leverde drie verwante soorten informatie op. Ten eerste werd een hersen-geassocieerd signaal waargenomen na intranasale dosering, wat verder onderzoek naar de toediening van het CZS ondersteunde. Ten tweede zou de verdeling van het signaal over anatomische hersengebieden kunnen worden beoordeeld in plaats van te worden behandeld als een enkele gehele-hersenwaarde. Ten derde lieten de seriële scans zien hoe het met de hersenen-geassocieerde signaal veranderde tijdens de observatieperiode van 96 uur, inclusief het vasthouden van het detecteerbare signaal gedurende ten minste 72 uur, zoals gepresenteerd in het webinar.

Dezelfde acquisities leverden ook informatie op buiten het CZS. Het signaal werd geëvalueerd in het neusgebied, de wang, het bronchiënkanaal en de longen. Dit is van belang omdat lokale afzetting en respiratoire klaring invloed kunnen hebben op de fractie van een intranasale dosis die beschikbaar blijft voor potentieel transport via de neus-naar-hersenen. Een beeldvormend ontwerp dat zowel de centrale zenuwstelsel-geassocieerde als de ademhalingsdispositie onderzoekt, kan onderzoekers daarom helpen de toedieningsroute als geheel te interpreteren in plaats van zich alleen op het uiteindelijke hersenbeeld te concentreren.

Wat het studieontwerp kan beantwoorden

1. Zijn hersen-geassocieerde signalen detecteerbaar na intranasale dosering?

Seriële SPECT levert in vivo bewijs dat radioactief gelabeld materiaal na toediening aanwezig is in het afgebeelde hersengebied. Dit is sterker dan het afleiden van de afgifte aan het centrale zenuwstelsel uit alleen plasmablootstelling. Het resultaat moet nog steeds nauwkeurig worden beschreven: beeldvorming toont het hersen-geassocieerde tracersignaal aan, maar het bewijst op zichzelf niet de exacte transportroute of stelt niet vast dat het intacte peptide een bepaald hersenceltype is binnengedrongen.

2. Waar hoopt het signaal zich op?

SPECT/CT levert ruimtelijke informatie op het niveau dat is toegestaan ​​door de modaliteit, registratiekwaliteit, reconstructiemethode en studiespecifieke resolutie-. Regionale analyse kan aantonen of het signaal geconcentreerd is in bepaalde anatomische gebieden. Dit is belangrijk voor CZS-programma's waarin een geheel-hersengemiddelde regionale verschillen in blootstelling of retentie kan verbergen.

3. Hoe verandert het hersen-geassocieerde signaal in de loop van de tijd?

De reeks van 1- tot 96- uur biedt een tijdsverloop binnen het onderwerp. Onderzoekers kunnen de tijd tot het hoogst waargenomen signaal, de persistentie gedurende het observatievenster en de schijnbare uitspoeling onderzoeken. Deze op beeld gebaseerde observaties kunnen worden beschouwd naast plasma PK, CSF-gegevens, farmacodynamische eindpunten en ex vivo weefselmetingen.

4. Waar gaat de rest van de dosis naartoe?

Beeldvorming van het hele-lichaam of uitgebreide-veld kan gelijktijdige verspreiding buiten de hersenen onthullen. Voor intranasale dosering zijn vooral de neusholte en de luchtwegen relevant. De distributie van perifere organen kan ook helpen bij het identificeren van blootstellingspatronen die relevant kunnen zijn voor de veiligheid, klaring of interpretatie van de schijnbare leveringsfractie van het CZS.

5. Kan het onderzoek de afhankelijkheid van terminale bemonstering verminderen?

Seriële beeldvorming maakt herhaalde observatie van hetzelfde onderwerp mogelijk, wat de noodzaak kan verminderen om aan elk tijdstip afzonderlijke terminale cohorten toe te wijzen. De omvang van een eventuele reductie hangt af van de onderzoeksdoelstellingen, het validatieplan, het aantal dieren, het beeldvormingsschema en de behoefte aan directe ex vivo bevestiging. Moleculaire beeldvorming moet daarom worden gezien als een manier om de informatie verkregen uit een dierstudie te verbeteren, en niet als een automatisch substituut voor terminale analyse.

Wat beeldvorming niet vanzelf tot stand brengt

De eerste beperking is de ruimtelijke en cellulaire resolutie. SPECT/CT kan radioactief gelabelde signalen lokaliseren naar anatomische gebieden, maar kan niet bepalen of het materiaal zich in neuronen, gliacellen, vasculaire compartimenten of de extracellulaire ruimte bevindt. Cellulaire en subcellulaire lokalisatie vereist methoden zoals autoradiografie, histologie, immunohistochemie of andere terminale tests.

De tweede beperking betreft de moleculaire identiteit. De camera detecteert radioactief verval van de isotoop. Er wordt geen onderscheid gemaakt tussen een intact peptide en een radioactief gemerkte metaboliet of vrij jodium als het label in vivo wordt vrijgegeven. De stabiliteit van het etiket moet daarom waar nodig vóór en tijdens het onderzoek worden beoordeeld. Geselecteerde eindtijdpunten kunnen worden gecombineerd met ex vivo bioanalyse om te bepalen hoe nauw het beeldsignaal het oorspronkelijke testartikel vertegenwoordigt.

De derde beperking is routetoeschrijving. Het hersen-geassocieerde signaal na intranasale dosering is compatibel met toediening aan het CZS, maar SPECT alleen kan niet definitief onderscheid maken tussen direct neus-naar-hersentransport en systemische absorptie gevolgd door daaropvolgende BBB-passage, of van een combinatie van routes. Route-specifieke conclusies vereisen integratie met onderzoeksontwerp, formuleringsgegevens, plasma- en weefsel-PK, CSF-metingen waar van toepassing, en relevante controles.

Deze beperkingen verminderen de waarde van beeldvorming niet. Ze bepalen hoe de gegevens moeten worden gebruikt. Seriële beeldvorming kan de regio's en tijdstippen identificeren die gedetailleerd eindonderzoek rechtvaardigen, waardoor ex vivo werk kan worden gericht op specifieke vragen in plaats van verspreid over een willekeurig tijdsverloop.

Waarom NHP's relevant zijn voor de ontwikkeling van de neus-tot-hersenen

Knaagdieren blijven nuttig voor het screenen van formuleringen, onderzoek naar mechanismen en het vroege bewijs-van- conceptwerk. De nasale anatomie en ademhalingsfysiologie van knaagdieren verschillen echter van die van mensen. Knaagdieren zijn obligate neusontluchters en het reukepitheel beslaat een proportioneel groter deel van de neusholte. Deze kenmerken kunnen de afzetting beïnvloeden en kunnen leiden tot een hogere schijnbare bijdrage van olfactorisch transport dan bij mensen zou worden verwacht.

NHP's bieden een nauwere anatomische en fysiologische context voor geselecteerde translationele vragen, waaronder de geometrie van de neusholte, de organisatie van de luchtwegen, het ademhalingspatroon, de anatomie van het centrale zenuwstelsel en de compatibiliteit met klinische-equivalente beeldvorming. NHP-gegevens elimineren de onzekerheid in menselijke vertalingen niet, en mogen niet worden geïnterpreteerd als een directe voorspelling van klinische blootstelling. Hun waarde is dat ze het mogelijk maken dat route, regionale verspreiding, retentie en systemische dispositie worden geëvalueerd in een model dat voor sommige leveringsvragen relevanter is voor de menselijke anatomie dan standaard knaagdierstudies.

De soortkeuze moet gestuurd blijven door de ontwikkelingsvraag. Een NHP-onderzoek is het meest informatief wanneer het bedoeld is om een ​​beslissing op te lossen die in vitro of bij knaagdieren niet adequaat kan worden aangepakt, zoals de selectie van formuleringen, regionale blootstelling aan het CZS, beoordeling van het apparaat-toediening, of de relatie tussen lokale afzetting en systemische blootstelling.

Beeldvorming integreren met PK, bioanalyse en farmacologie

Moleculaire beeldvorming is het nuttigst wanneer deze is gepland als onderdeel van een geïntegreerde translationele dataset. Een neus{1}}naar-hersenonderzoek kan seriële SPECT/CT combineren met plasma PK, CSF-bemonstering, nasale en respiratoire beoordelingen, weefselbioanalyse, biomarkermetingen en farmacodynamische eindpunten.

Door deze integratie kunnen verschillende lagen van bewijsmateriaal met elkaar worden vergeleken:

• Systemische blootstelling:plasmaconcentratie, blootstelling en klaring;
• Ruimtelijke blootstelling:regionale distributie in de hersenen en perifere-organen van het radioactief gemerkte materiaal;
• Tijdelijke blootstelling:verandering in signaal vanaf de vroege post-dosisperiode tot latere retentie of uitspoeling;
• Moleculaire identiteit:het aandeel van het signaal dat kan worden toegeschreven aan intact oudermateriaal of relevante metabolieten; En
• Biologisch effect: doelgerichte betrokkenheid, biomarkerrespons of functionele farmacologie.

Geen enkele laag is voldoende voor elk programma. De translationele interpretatie wordt sterker wanneer het beeldsignaal wordt gekoppeld aan het gemeten testartikel, het verwachte mechanisme en een biologische respons die relevant is voor de therapeutische hypothese.

De rol van Prisys Biotech in NHP-neus-naar-hersenbeeldvormingsonderzoeken

Prisys Biotech voert NHP-translationele onderzoeken uit die intranasale dosering, seriële moleculaire beeldvorming, PK/PD, biomarkeranalyse en complementaire weefselbeoordelingen kunnen omvatten. De workflow kan selectie van radionucliden, radiolabeling, voorbereiding en zuivering na-labeling, kwaliteitscontrole, SPECT/CT of PET/CT bij grote- dieren en kwantitatieve beeldanalyse omvatten.

Het webinarmateriaal beschrijft workflows voor labeling en beeldvorming die van toepassing zijn op kleine moleculen, peptiden, eiwitten, macromoleculen, nanomaterialen en antilichamen. De juiste radionuclide en modaliteit zijn afhankelijk van het testvoorwerp, de chemie van de etikettering, de verwachte kinetiek, het vereiste observatievenster, de gevoeligheid en de onderzoeksdoelstellingen. Deze parameters moeten worden vastgesteld tijdens het ontwerp van het onderzoek en mogen niet uitsluitend worden geselecteerd op basis van de beschikbaarheid van instrumenten.

Voor neus{0}}naar-hersenprogramma's is het praktische doel om de leveringsprocedure te verbinden met een verdedigbaar bewijspakket: waar het materiaal wordt gedetecteerd, hoe de distributie ervan in de loop van de tijd verandert, welk deel van het signaal kan worden toegeschreven aan het moedermolecuul en of de blootstelling verband houdt met een farmacologisch effect.

Conclusie

Seriële 125I SPECT biedt een manier om de distributie van het hersen--geassocieerde en ademhalings--systeem te evalueren na intranasale peptidetoediening bij NHP's. In het geval van het webinar lieten scans na 1, 24, 48, 72 en 96 uur zien hoe een enkele administratie op tracer{9}}niveau longitudinale en ruimtelijke informatie kon genereren, inclusief detecteerbaar hersen-geassocieerd signaal gedurende ten minste 72 uur, zoals gepresenteerd door het onderzoeksteam.

De methode bewijst niet onafhankelijk het exacte neus-naar-hersentransportmechanisme, de cellulaire lokalisatie of de intacte-ouderconcentratie. Deze vragen vereisen aanvullende controles, etikettering-stabiliteitsbeoordeling, bioanalyse en, waar nodig, terminale weefselmethoden. De waarde ervan ligt in het toevoegen van een herhaald in vivo beeld van distributie en retentie aan het conventionele raamwerk voor PK- en weefselanalyse.

Voor de ontwikkeling van geneesmiddelen voor het CZS is het meest informatieve ontwerp meestal geen beeldvorming in plaats van bioanalyse. Het is beeldvorming samen met bioanalyse, farmacologie en geschikte translationele eindpunten. Deze combinatie kan preciezere beslissingen ondersteunen over formulering, dosering, regionale blootstelling aan het centrale zenuwstelsel, retentie en de volgende fase van niet-klinische ontwikkeling.