Απεικόνιση βιοκατανομής PET σε μη-ανθρώπινα πρωτεύοντα

Η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) μετρά που ένα ραδιοσημασμένο φάρμακο, βιολογικό, νανοσωματίδιο ή κυτταρική θεραπεία εισέρχεται μέσα σε ένα ζωντανό σώμα. Σε μελέτες εκτός-ανθρώπινων πρωτευόντων (NHP), το κύριο πλεονέκτημά του είναι να απαντά σε ερωτήσεις που δεν μπορεί να κάνει ο τερματικός ανατομός: όχι μόνο εάν ένας υποψήφιος φτάνει στον στόχο του, αλλά πού ταξιδεύει, πόσο μακριά εξαπλώνεται από το σημείο της ένεσης και πώς αυτό το μοτίβο μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου.

Αυτά τα ερωτήματα έχουν μεγαλύτερη σημασία για τα εμβόλια και τις θεραπείες με νανοσωματίδια, όπου η διαδρομή μέσω των λεμφαδένων συχνά καθορίζει πόσο αντιγόνο φτάνει στους κόμβους αποστράγγισης και, με τη σειρά του, πόσο ισχυρή είναι η ανοσολογική απόκριση.

Ένα έγγραφο του 2021 στοΒιοϋλικάέδειξε πώς φαίνεται αυτό στην πράξη. Ο Μάρτιν και οι συνεργάτες του παρακολούθησαν ένα εμβόλιο νανοσωματιδίων σε μακάκους rhesus με απεικόνιση φθορισμού{1}} επιπέδου PET συν ιστού, που λειτουργούσε από ολόκληρο το ζώο μέχρι μεμονωμένα ωοθυλάκια. Μετά από μια ένεση στον μηρό, το σήμα του εμβολίου εμφανίστηκε στους βουβωνικούς και λαγόνιους λεμφαδένες, μερικοί έως και 17 cm από το σημείο της ένεσης. Σε επίπεδο ιστού, το νανοσωματίδιο-που εμφανίστηκε αντιγόνο φακέλου HIV είχε συγκεντρωθεί γύρω από τα δίκτυα των ωοθυλακίων δενδριτικών κυττάρων (FDC) εντός των ωοθυλακίων Β-κυττάρων.

Το πακέτο για τους προγραμματιστές φαρμάκων: η απεικόνιση σάς επιτρέπει να συνδέσετε τι συμβαίνει στο σημείο της ένεσης με το σημείο όπου καταλήγει το υλικό, χωρίς να χρειάζεται να σκοτώσετε το ζώο σε κάθε στιγμή για να το μάθετε.

Η εργασία βιοκατανομής σήμαινε πάντα τη θανάτωση ζώων σε καθορισμένα χρονικά σημεία και στη συνέχεια τη μέτρηση του ιστού: μέτρηση γάμμα, αυτοραδιογραφία, ιστολογία ή κάποια βιοαναλυτική ανάγνωση. Κάθε χρονικό σημείο είναι ένα διαφορετικό ζώο, οπότε λαμβάνετε μόνο ένα στιγμιότυπο.

Το PET καταργεί αυτόν τον περιορισμό. Μπορείτε να απεικονίσετε το ίδιο ζώο επανειλημμένα και να παρακολουθήσετε τη ραδιοετικέτα να κινείται.

Στην προκλινική εργασία αυτή η μοναδική ικανότητα διαχέεται σε πολλά ερωτήματα ταυτόχρονα: πού πηγαίνει το υλικό, πόσο γρήγορα καθαρίζεται, εάν φτάνει στον στόχο και εάν η κατανομή ταιριάζει με τον προτεινόμενο μηχανισμό. Ειδικά για τις μελέτες NHP, η αντίθεση με τη συμβατική εργασία ιστού μοιάζει με αυτό:

Το PET δεν αποτελεί βάση-για ανάλυση ιστού. Η τιμή του εμφανίζεται όταν συνδυάζετε ολόκληρη την-μοριακή εικόνα του σώματος με τα τελικά σημεία σε επίπεδο ανατομίας και ιστού-.

Η ομάδα του Martin κατασκεύασε ένα εμβόλιο υπομονάδας που προοριζόταν να οδηγεί τα λεμφαγγεία: ένα τριμερές φακέλου HIV τοποθετημένο σε ένα νανοσωματίδιο (trimer-NP), σε συνδυασμό με ένα λιπιδικό-συζευγμένο ανοσοενισχυτικό CpG (amph-CpG). Χρησιμοποίησαν PET μαζί με απεικόνιση φθορισμού ιστού για να συνδέσουν ολόκληρη-την εικόνα του ζώου με αυτό που συνέβη μέσα σε μεμονωμένους κόμβους.

Μετά την ένεση στο μηρό, το PET παρέλαβε το εμβόλιο κυρίως στους βουβωνικούς και λαγόνιους κόμβους. Το σήμα έφτασε στους λαγόνιους κόμβους 17 cm από το σημείο της ένεσης.

Σημασία έχει αυτή η απόσταση. Δείχνει ότι δεν μπορείτε να υποθέσετε ότι η ενδομυϊκή παροχέτευση σταματά στον πλησιέστερο κόμβο. Σε ένα μεγάλο ζώο, ο ιχνηθέτης διασχίζει ανατομικά ξεχωριστούς λεμφικούς σταθμούς που ένα τυπικό τοπικό δείγμα θα έλειπε. Το NHP PET κερδίζει τη θέση του στην εργασία εμβολίων εδώ: δείχνει την πραγματική έκταση της λεμφικής εξάπλωσης στο ζωντανό ζώο, αντί για όποιους κόμβους αποφάσισε να συλλέξει κάποιος εκ των προτέρων.

Η σύζευξη του PET με την απεικόνιση ιστού είναι όπου αυτή η μελέτη αποκτά ενδιαφέρον.Το PET όρισε το μακρομοτίβο: οι βουβωνικοί και οι λαγόνιοι κόμβοι ως οι κύριες θέσεις πρόσληψης. Η απεικόνιση φθορισμού έδειξε στη συνέχεια πώς τα συστατικά του εμβολίου κάθονταν μέσα σε αυτούς τους κόμβους. Το τριμερές που εμφανίζεται-νανοσωματίδια είχε συγκεντρωθεί γύρω από τα άκρα των δικτύων FDC σε ωοθυλάκια Β-κυττάρων. Αυτή η τοποθεσία έχει βιολογικό νόημα: Τα FDC είναι το ικρίωμα του λεμφοειδούς ωοθυλακίου και η δομή που συγκρατεί το αντιγόνο στο βλαστικό κέντρο.

Αλλά η απεικόνιση δεν αποδεικνύει την αιτία. Η μελέτη έδειξε ότι το αντιγόνο κάθεται δίπλα σε δίκτυα FDC. Δεν έδειξε, μόνο από το PET, ότι αυτή η διάταξη παρήγαγε καλύτερη ανοσία Β-κυττάρων. Η απεικόνιση σας λέει πού βρίσκεται το υλικό. Το αν αυτή η τοποθεσία οδηγεί την ανοσολογική απόκριση είναι μια ξεχωριστή ερώτηση και χρειάζεστε ανοσολογικές ενδείξεις για να απαντήσετε.

Οι αλυσίδες ροής εργασίας μαζί έχουν ως εξής:

PET → περιφερειακή κατανομή → απεικόνιση ιστού → κυτταρική θέση → ανοσολογικό ή φαρμακοδυναμικό αποτέλεσμα

Κάθε βήμα προσθέτει αυτό που το προηγούμενο δεν μπορεί να δει από μόνο του.

Η φιγούρα των 17 cm είναι ο αριθμός που όλοι θυμούνται από αυτό το χαρτί, αλλά σημαίνει μόνο κάτι στο πλαίσιο.

Το αποτέλεσμα προήλθε από ένα εμβόλιο HIV, που χορηγήθηκε σε ένα σημείο, σε μακάκους rhesus. Δεν είναι κανόνας για τον τρόπο παροχέτευσης των εμβολίων και δεν πρέπει να αντιμετωπίζετε τα 17 cm ως μια σταθερή ανατομική απόσταση που ισχύει για τις μελέτες NHP. Αυτό που δείχνει είναι ότι η απομακρυσμένη λεμφική πρόσληψη μπορεί να είναι μεγάλη και ότι το PET μπορεί να το μετρήσει.

Για όποιον αναπτύσσει ένα εμβόλιο, νανοσωματίδιο ή ανοσοθεραπεία που ταξιδεύει μέσω της λέμφου, το εύρημα εγείρει μια στοίβα πρακτικών ερωτημάτων: πού συγκεντρώνεται το υλικό μετά την ένεση, ποιοι κόμβοι βλέπουν περισσότερο, αλλάζει το σχήμα το σκεύασμα και ταιριάζει αυτή η έκθεση με το ανοσοποιητικό ή φαρμακοδυναμικό αποτέλεσμα που πραγματικά θέλετε; Το PET απαντά στα πρώτα. Οι αναλύσεις ιστού και ανοσοποιητικού πρέπει να κλείσουν τον βρόχο στα υπόλοιπα.

Ένα σήμα PET δεν είναι το ίδιο πράγμα με τη δραστηριότητα. Η κάμερα βλέπει το ραδιονουκλίδιο, όπου κι αν πήγε: άθικτο φάρμακο, έναν μεταβολίτη, ένα αποικοδομημένο θραύσμα ή οτιδήποτε άλλο εξακολουθεί να φέρει την ετικέτα. Ποιο κοιτάζετε εξαρτάται από το πώς το χαρακτηρίσατε.

Επομένως, μια μελέτη βιοδιανομής PET χρειάζεται παρέα. Ένα πρόγραμμα εμβολίου ή νανοσωματιδίων συνήθως το εκτελεί παράλληλα με δειγματοληψία αίματος για συστημική ΦΚ, δειγματοληψία κόμβων για έκθεση ιστού, κυτταρομετρία ροής για ανοσοποιητικό προφίλ-κυττάρου, ανοσοϊστοχημεία για εντοπισμό και λειτουργικές δοκιμασίες για τη φαρμακοδυναμική ανάγνωση. Αυτό έχει μεγαλύτερη σημασία για τα βιολογικά και τα νανοσωματίδια, όπου ο ιχνηθέτης και το ενεργό υλικό δεν μένουν πάντα συνδεδεμένα.

Επιλέξτε το ραδιονουκλίδιο για να ταιριάξετε πόσο καιρό το επισημασμένο μόριο παραμένει γύρω και πώς κινείται.

Τα κοινά,^18F, ^68Γα, ^{64 Cu}, ^{89 Zr}, και^124I, καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα σωματικών μισών-ζωών.^18Fαποσυντίθεται σε περίπου 110 λεπτά,^{64 Cu}σε περίπου 12,7 ώρες,^{89 Zr}σε περίπου 3,27 ημέρες. Τα γρήγορα κινούμενα-μικρά μόρια ταιριάζουν στα ισότοπα μικρής-βίωσης. τα αντισώματα, τα νανοσωματίδια και άλλα αργά βιολογικά χρειάζονται τα μακροχρόνια-όπως^{89 Zr}για να παραμείνετε εμφανίσιμοι σε όλο το παράθυρο που σας ενδιαφέρει.

Η επισήμανση πρέπει επίσης να αφήνει ανέπαφο το ίδιο το μόριο. Αλλάξτε το μέγεθος, τη φόρτιση, τη λιποφιλικότητα, τη δέσμευση ή τη σταθερότητά του και μπορείτε να αλλάξετε πού πηγαίνει. Αντιμετωπίστε τη ραδιοσήμανση ως σχέδιο μελέτης, όχι ως πλαίσιο για να σημειώσετε πριν από τη σάρωση.

Τα NHP κάθονται μεταξύ των τρωκτικών και της κλινικής. Είναι αρκετά μεγάλα για σάρωση στα ίδια μηχανήματα και πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται στους ανθρώπους και η ανατομία τους είναι πιο κοντά στη δική μας παρά ενός ποντικιού.

Πλατφόρμα Υπηρεσίας Απεικόνισης Βιοδιανομής της Prisysεκτελεί κλινικές-ισοδύναμες MRI, CT, PET-CT και DSA, που έχουν ρυθμιστεί για επαναλαμβανόμενες μετρήσεις εξέλιξης της νόσου, κατανομής φαρμάκων, αποτελεσματικότητας και βιοδεικτών. Γιαμοριακή απεικόνιση, η ανταμοιβή είναι η δυνατότητα ανάγνωσης του PET έναντι της ανατομίας: το PET/CT ευθυγραμμίζει το σήμα με τη δομή και η μαγνητική τομογραφία προσθέτει μαλακές-λεπτομέρειες του ιστού. Το θέμα της απεικόνισης NHP δεν είναι η σάρωση PET από μόνη της. Ενώνει αυτή την εικόνα με τη φαρμακολογία, τη βιοανάλυση, την παθολογία και το μοντέλο της νόσου.

Μια καλή μελέτη NHP PET ξεκινά από μια ερώτηση, όχι από το "ας πάρουμε μια εικόνα βιοκατανομής".

Για ένα εμβόλιο ή ένα νανοσωματίδιο, η ροή εργασίας συνήθως εκτελείται: επισημάνετε και QC το υλικό, πραγματοποιήστε μια βασική σάρωση εάν χρειάζεται, χορηγήστε, στη συνέχεια αποκτήστε σειριακό PET/CT, σχεδιάστε περιοχές ενδιαφέροντος και, τέλος, συνδέστε τους αριθμούς με δεδομένα αίματος, ιστών και φαρμακοδυναμικών δεδομένων. Το σύνολο δεδομένων σάς λέει εάν ο υποψήφιος έφτασε στο διαμέρισμα για το οποίο προοριζόταν και πώς άλλαξε η έκθεση με την πάροδο του χρόνου.

Η απεικόνιση τραβά το βάρος της σε όλο το προκλινικό πρόγραμμα: διανομή, PK, εμπλοκή στόχου, PD, αποτελεσματικότητα, βιοδείκτες. Στα NHP η άκρη είναι διαμήκης: ακολουθείτε ένα ζώο σε κάθε χρονικό σημείο αντί να εγγράφετε μια νέα κοόρτη για κάθε σάρωση. Η εργασία ιστού τερματικού εξακολουθεί να κερδίζει τη θέση της όταν χρειάζεστε μοριακή ή κυτταρική ανάλυση που δεν μπορεί να σας δώσει η κάμερα.

Η καλή ανάγνωση των δεδομένων PET σημαίνει περισσότερα από τη χαρτογράφηση που πήγε το φάρμακο. Το πραγματικό ερώτημα είναι αν το μοτίβο ταιριάζει με τον μηχανισμό για τον οποίο σχεδιάσατε.

Πάρτε ένα εμβόλιο που έχει κατασκευαστεί για να χτυπά τους λεμφαδένες που αποστραγγίζουν. Το PET επιβεβαιώνει ότι οι κόμβοι στην πραγματικότητα εκτέθηκαν. Η απεικόνιση των ιστών δείχνει πού βρίσκεται το αντιγόνο μέσα τους. Οι ανοσολογικές δοκιμές λένε εάν αυτή η τοποθεσία συνοδεύτηκε από την απόκριση Β-κυττάρου, Τ-ή αντισώματος που θέλατε. Η αλυσίδα τρέχει:

Χορήγηση → κατανομή → στόχος-έκθεση ιστού → κυτταρική θέση → φαρμακοδυναμική ανταπόκριση → έκβαση

Σπάστε το οπουδήποτε και η ιστορία καταρρέει. Ένας υποψήφιος μπορεί να φτάσει στον σωστό ιστό χωρίς να εμπλέξει τον στόχο ή να συσσωρευτεί σε ιστό χωρίς να κάνει τίποτα χρήσιμο. Το ΡΕΤ είναι ένας κρίκος αυτής της αλυσίδας, ισχυρός μόνο όταν συνδέονται με αυτό η φαρμακολογική και η ιστική εργασία.

Το PET σάς δίνει έναν τρόπο να παρακολουθήσετε ένα φάρμακο να κινείται μέσω ενός μη-πρωτεύοντος θηλαστικού με την πάροδο του χρόνου, πιο χρήσιμος όταν η κατανομή είναι πολύ περίπλοκη στο χώρο ή στο χρόνο για να συλληφθεί η συλλογή τερματικού ιστού.

Η μελέτη rhesus του Martin είναι ένα καθαρό παράδειγμα: το PET έδειξε πρόσληψη εμβολίου στους βουβωνικούς και λαγόνιους κόμβους, σε απόσταση 17 cm από την βολή του μηρού, και ο φθορισμός ιστού τοποθέτησε το αντιγόνο νανοσωματιδίων γύρω από τα δίκτυα FDC στα ωοθυλάκια.

Το μάθημα για τους προγραμματιστές είναι να διαβάζουν τη βιοκατανομή ως μέρος του πλήρους μεταφραστικού δεδομένων, όχι ως αυτόνομη εικόνα. Το PET δίνει τη διαμήκη ολική-προβολή σώματος. Η CT ή η μαγνητική τομογραφία δίνει ανατομία. Η απεικόνιση ιστού επιλύει την τοπική λεπτομέρεια. Το PK/PD, το ανοσοποιητικό και η παθολογική εργασία αποφασίζουν τι σημαίνει. Για τα εμβόλια, τα νανοσωματίδια, τα βιολογικά φάρμακα και τις κυτταρικές θεραπείες, αυτός ο συνδυασμός είναι που σας λέει πώς πραγματικά συμπεριφέρεται ένας υποψήφιος πριν φτάσει στην κλινική.

Συνιστώμενη ανάγνωση

Beyond Anatomy: Molecular Imaging in NHP Models For Translational Drug Development - News - Prisys

Βιοδείκτες Molecular Imaging: Advancing Translational Research and Drug Development

Γιατί η μοριακή απεικόνιση NHP είναι κρίσιμη για τις μεταφραστικές μελέτες PET

Τι είναι η μοριακή απεικόνιση και γιατί είναι σημαντική στην ανάπτυξη φαρμάκων;

NHP Radionuclide Biodistribution Studies: Molecular Imaging for Translational Drug Development

Αναφορές

Martin JT, Hartwell BL, Kumarapperuma SC, et al. Συνδυασμένη απεικόνιση PET και ολόκληρου{1}}ιστού για λεμφικά-εμβόλια στόχευσης σε μη-ανθρώπινα πρωτεύοντα.Βιοϋλικά. 2021;275:120868. doi:10.1016/j.biomaterials.2021.120868.

Επικοινωνήστε με την Prisys Biotech