Miễn dịch-PET trong mô hình NHP để phát triển kháng thể

Phương pháp điều trị dựa trên kháng thể-hiện nay bao gồm kháng thể đơn dòng thông thường (mAbs), kháng thể đặc hiệu kép, kháng thể-liên hợp thuốc (ADC) và các chế phẩm sinh học được thiết kế khác. Khi các định dạng phân tử ngày càng phức tạp hơn, việc biết kháng thể di chuyển đi đâu sau khi sử dụng và liệu nó có đạt được mục tiêu sinh học dự định hay không đã trở thành một câu hỏi thường xuyên trong quá trình phát triển thuốc tiền lâm sàng.

Các nghiên cứu dược động học thông thường (PK) đo nồng độ kháng thể trong huyết tương hoặc huyết thanh. Các phép đo này mô tả mức độ tiếp xúc, độ thanh thải và thời gian bán thải-toàn thân nhưng chúng cung cấp thông tin hạn chế về cách kháng thể phân phối qua các mô.

Chụp cắt lớp phát xạ positron miễn dịch-(Immuno-PET) giải quyết một phần khoảng trống này. Bằng cách dán nhãn phóng xạ cho kháng thể hoặc đầu dò nhắm mục tiêu có nguồn gốc từ kháng thể-, PET có thể hình dung và định lượng sự phân bố của nó trên cơ thể qua nhiều thời điểm. Khi chất đánh dấu giữ lại các đặc tính liên kết của mục tiêu-, dữ liệu hình ảnh có thể mô tả khả năng tiếp cận mô, sự hấp thu liên quan đến mục tiêu- và mối quan hệ giữa phơi nhiễm toàn thân và phân bố mô.

Ở các loài-linh trưởng không phải con người (NHP), PET-miễn dịch rất phù hợp-vìhình ảnh phân tửcó thể được kết hợp với PK huyết tương, hình ảnh giải phẫu, dấu ấn sinh học mô và điểm cuối dược lực học trong một nghiên cứu tịnh tiến duy nhất.

Câu hỏi không chỉ là kháng thể đi đâu mà còn là liệu nó có đến được mô dự kiến, gắn kết với mục tiêu liên quan và tạo ra sự phân bố phù hợp với dược lý dự định của nó hay không.

PK huyết tương vẫn là thành phần cốt lõi của sự phát triển sinh học. Các thông số như Cmax, AUC, độ thanh thải và-thời gian bán hủy mô tả mức phơi nhiễm toàn thân và hỗ trợ việc lựa chọn liều cũng như mô hình phản ứng-phơi nhiễm.

Tuy nhiên, phơi nhiễm toàn thân không nhất thiết dự đoán phơi nhiễm mô.

Một kháng thể có thể duy trì lưu hành trong một thời gian dài trong khi biểu hiện các đặc điểm hấp thu rất khác nhau giữa các cơ quan. Mỗi biểu hiện mục tiêu, tính thấm của mạch máu, cấu trúc mô, tương tác thụ thể Fc, sự nội hóa qua trung gian kháng nguyên- và sự hấp thu không đặc hiệu đều có thể định hình sự phân bố của mô.

Điều này tạo nên sự khác biệt giữaPK hệ thốngVàdược lý cấp độ mô-.

Đối với liệu pháp điều trị bằng kháng thể, một số câu hỏi thường được đặt ra sau khi phân tích PK thông thường:

• Kháng thể có đến được mô đích không?
• Mục tiêu phân tử có thể tiếp cận được với kháng thể in vivo không?
• Biểu hiện mục tiêu có khác nhau giữa các mô hoặc tổn thương không?
• Sự hấp thu chủ yếu nhắm mục tiêu-qua trung gian hay không cụ thể?
• Sự biểu hiện mục tiêu cao trong các mô bình thường có ảnh hưởng đến sự phân bố không?
• Sự hấp thu của mô thay đổi như thế nào theo thời gian?

Lấy mẫu mô cuối cùng trả lời một số câu hỏi này, nhưng thường ở một số thời điểm được chọn và trong một số lượng mô hạn chế. Miễn dịch-PET bổ sung quan điểm theo chiều dọc, không-xâm lấn bằng cách theo dõi cách phân phối của kháng thể được gắn nhãn phóng xạ hoặc đầu dò nhắm mục tiêu theo thời gian.

Khoảng cách quan trọng nhất đối với sinh học có thời gian lưu thông dài và mô hình phân bố mô phức tạp.

Miễn dịch-PET kết hợp các đặc tính nhận dạng phân tử của kháng thể với độ nhạy và khả năng định lượng của chụp cắt lớp phát xạ positron.

Trong một nghiên cứu điển hình, kháng thể đơn dòng hoặc mẫu dò có nguồn gốc từ kháng thể-được dán nhãn bằng hạt nhân phóng xạ-phát ra positron. Đối với các kháng thể nguyên vẹn, các hạt nhân phóng xạ-có thời gian sống lâu hơn như zirconium-89 (⁸⁹Zr) thường được sử dụng vì thời gian bán hủy vật lý{0}}của chúng phù hợp với động học phân bố và thanh thải tương đối chậm của các phân tử IgG.

^89Zrcó thời gian bán hủy vật lý-khoảng 3,3 ngày, hỗ trợ hình ảnh trong vài ngày sau khi dùng. Điều này làm cho nó hữu ích cho các nghiên cứu phân bố mô bị trì hoãn, mặc dù hạt nhân phóng xạ tối ưu phụ thuộc vào dạng phân tử, động học sinh học, ghi nhãn hóa học và mục tiêu nghiên cứu. Đánh giá năm 2018 của Carmon và Azhdarinia lưu ý rằng⁸⁹Zr là một hạt nhân phóng xạ được sử dụng thường xuyên để chụp ảnh kháng thể vì thời gian bán hủy của nó cho phép chụp ảnh chậm và đánh giá sự phân bố sinh học của kháng thể trong một khoảng thời gian mở rộng.

Quy trình làm việc của PET-Miễn dịch điển hình bao gồm:

Lựa chọn kháng thể → Dán nhãn phóng xạ → Quản lý → Chụp ảnh PET nối tiếp → Đồng đăng ký-giải phẫu → Phân tích định lượng → Phân phối sinh học và giải thích-mục tiêu tương tác

Kết quả đọc hình ảnh có thể bao gồm nồng độ hoạt động theo vùng, SUV, tỷ lệ mô-trên-nền, đường cong thời gian-hoạt động và các thông số định lượng khác. Các phân tích nâng cao hơn có thể kết hợp mô hình động học hoặc so sánh với các phép đo mô PK và ex vivo trong huyết tương.

Tín hiệu PET không giống với nồng độ kháng thể trị liệu còn nguyên vẹn trong mô. Sự chuyển hóa được gắn nhãn phóng xạ, sự hấp thu không đặc hiệu, hoạt động của nhóm máu, độ ổn định của chất đánh dấu và bất kỳ sự khác biệt nào giữa đầu dò hình ảnh và phân tử trị liệu đều cần phải được tính đến.

Ưu điểm thực tế của Immuno{0}}PET là nó đưa việc phân tích vượt ra khỏi phạm vi đơn giảnsự phân bố sinh học toàn bộ cơ thể.

Đối với các kháng thể mục tiêu, sự hấp thu của mô có thể phản ánh một số quá trình chồng chéo:

Tuần hoàn hệ thống → Phân phối mô → Khả năng tiếp cận mục tiêu → Liên kết kháng thể → Nội hóa hoặc lưu giữ → Giải phóng mặt bằng

Tín hiệu PET cao trong mô đích có thể cho thấy sự phân phối thuận lợi, nhưng bản thân nó không chứng minh được sự gắn kết của mục tiêu dược lý.

Để tăng cường khả năng diễn giải, dữ liệu PET-miễn dịch có thể được kết hợp với các phép đo độc lập như biểu hiện thụ thể, dấu ấn sinh học mô, hóa mô miễn dịch, phân phối sinh học ex vivo hoặc xét nghiệm chiếm giữ thụ thể.

Các chương trình ADC đặc biệt dựa vào lớp bằng chứng này. ADC phụ thuộc vào mức độ phơi nhiễm toàn thân, khả năng tiếp cận kháng nguyên đích, liên kết kháng thể, nội hóa, buôn bán nội bào và giải phóng tải trọng tiếp theo.

Đánh giá năm 2018 của Carmon và Azhdarinia mô tả cách⁸⁹Zr-miễn dịch-PET đã được sử dụng để đánh giá-sự phân bố sinh học toàn cơ thể, dược động học và việc nhắm mục tiêu khối u của kháng thể và ADC. Nó cũng nâng cao khả năng sử dụng hình ảnh phân tử để mô tả tính không đồng nhất của mục tiêu và hỗ trợ các chiến lược lựa chọn bệnh nhân-.

Miễn dịch-PET được xem tốt nhất dưới dạngphương pháp hình ảnh chức năng đi kèm với các phép đo phân tử và mô học, không phải là sự thay thế độc lập cho chúng.

Những gì mà PET-Miễn dịch bổ sung sẽ phụ thuộc vào công nghệ hình ảnh và mô hình sinh học được sử dụng.

Nghiên cứu NHP cung cấpmột cài đặt tịnh tiến hữu ích để phân phối sinh học kháng thểbởi vì chúng hỗ trợ chụp ảnh nối tiếp cùng với dược lý thông thường, phân tích dấu ấn sinh học và khi được chứng minh một cách khoa học, lấy mẫu mô.

NHP cũng cho phép các giao thức chụp ảnh gần với quy mô và quy trình nghiên cứu PET lâm sàng hơn hầu hết các mô hình động vật-nhỏ hơn. Kích thước cơ thể lớn hơn cung cấp đủ khả năng phân tách về mặt giải phẫu cho việc chụp ảnh ở cấp độ cơ quan-và hình ảnh theo chiều dọc cho phép mỗi con vật đóng vai trò làm tài liệu tham khảo riêng qua nhiều điểm thời gian.

Mức độ liên quan của mô hình NHP vẫn cần được đánh giá theo từng trường hợp. Sự khác biệt giữa các loài trong biểu hiện mục tiêu, nhận dạng epitop, tương tác với thụ thể Fc và dược lý học của kháng thể có thể ảnh hưởng đến cách diễn giải dữ liệu PET Miễn dịch.

Vì lý do này, các đặc tính liên kết và-phản ứng chéo mục tiêu phải được xác nhận ở loài NHP đã chọn trước khi sử dụng mô hình để tạo ảnh cụ thể-mục tiêu định lượng.

Mô hình NHP có liên quan về mặt sinh học không chỉ đơn giản là mô hình trong đó có thể phát hiện được kháng thể. Đó là tương tác trong đó tương tác phân tử đang được nghiên cứu có thể so sánh được với cơ chế lâm sàng dự định.

Hình ảnh PET nối tiếp có thể lập bản đồ sự phân bố tương đối của kháng thể được đánh dấu phóng xạ trên các cơ quan và mô chính, bổ sung cho các nghiên cứu về PK huyết tương và phân phối sinh học ex vivo thông thường.

Dữ liệu thu được có thể giúp phân biệt sự phân bố sinh lý dự kiến ​​với sự tích tụ bất thường và xác định các mô cần được điều tra bổ sung.

Đối với các kháng thể đặc hiệu-đích, hình ảnh có thể cho biết liệu mục tiêu đó có thể truy cập được trong cơ thể hay không.

Điều này khác với việc hiển thị biểu hiện mục tiêu trong mẫu mô. Hóa mô miễn dịch và các xét nghiệm ex vivo tương tự xác nhận sự hiện diện, trong khi PET-miễn dịch bổ sung khả năng tiếp cận in vivo và tích lũy kháng thể.

Biểu hiện mục tiêu có thể khác nhau giữa các mô, tổn thương hoặc giai đoạn bệnh.

Điều này quan trọng nhất trong ung thư học, trong đó một sinh thiết đơn lẻ không phải lúc nào cũng thể hiện được biểu hiện mục tiêu trên các tổn thương. Hình ảnh toàn bộ cơ thể-có thể lập bản đồ phân bổ mục tiêu trên các tổn thương theo cách mà một mẫu mô đơn lẻ không thể thực hiện được.

Các kháng thể khác nhau nhắm vào cùng một mục tiêu có thể có ái lực, khả năng nhận biết epitop, đặc điểm nội hóa hoặc phân bố mô khác nhau.

PET-miễn dịch có thể được kết hợp vào các chiến lược lựa chọn-ứng cử viên bằng cách so sánh sự hấp thu của mô và phân phối liên quan-mục tiêu trước khi đưa phân tử vào các giai đoạn phát triển chuyên sâu-tài nguyên hơn.

Liên kếtMiễn dịch-PET vào khung PK/PD hình ảnh rộng hơnvấn đề liên quan đến lý luận chuyển dịch.

Như đã thảo luận trong bài viết liên quan-Đánh giá PK/PD dựa trên hình ảnh ở các loài linh trưởng không phải con người-, PK huyết tương thông thường mô tả mức độ phơi nhiễm toàn thân, trong khi hình ảnh bổ sung thông tin theo chiều dọc và không gian về sự phân bố mô.

Để phát triển kháng thể, mối quan hệ này có thể được mở rộng:

PK huyết tương → Phân phối sinh học mô → Khả năng tiếp cận mục tiêu → Tương tác mục tiêu → Phản ứng dược lực học

Mỗi bước trả lời một câu hỏi khác nhau.PK huyết tương mô tả lượng kháng thể hiện diện trong tuần hoàn.Hình ảnh PK cho thấy kháng thể được đánh dấu được phân bố ở đâu và sự phân bố đó thay đổi như thế nào theo thời gian.

PET-Miễn dịch cụ thể{1}}đích có thể cung cấp bằng chứng về sự hấp thu liên quan đến mục tiêu- khi thiết bị đánh dấu và thiết kế thử nghiệm hỗ trợ cách giải thích đó.

Sau đó, các phép đo dược lực học sẽ xác định xem liệu tương tác mục tiêu có chuyển thành phản ứng sinh học có thể đo lường được hay không.

Khung tích hợp này hữu ích nhất cho sinh học có hoạt động trị liệu phụ thuộc vào sự thâm nhập mô hoặc khả năng tiếp cận mục tiêu phân tử.

Miễn dịch-PET là một phương pháp mạnh mẽ nhưng cần phải xem xét một số yếu tố kỹ thuật khi thiết kế và diễn giải các nghiên cứu.

Dán nhãn phóng xạ có thể làm thay đổi hành vi sinh học của kháng thể. Chất đánh dấu được dán nhãn phải được mô tả về khả năng phản ứng miễn dịch, ái lực, độ ổn định và các đặc tính liên quan khác trước khi sử dụng.

Đối với các chương trình ADC, điều cần cân nhắc thêm là kháng thể tạo ảnh và ADC điều trị không nhất thiết phải là các phân tử giống hệt nhau. Sự kết hợp của tải trọng có thể làm thay đổi các đặc tính phân tử, bao gồm cả dược động học và độ ổn định.

Do đó, sự phân bố sinh học của kháng thể trần được đánh dấu phóng xạ không được tự động coi là giống với sự phân bố sinh học của ADC tương ứng.

Hạn chế này được ghi lại trong tài liệu về Miễn dịch-PET (ví dụ: Carmon và Azhdarinia, 2018) và đáng được chú ý khi kết quả hình ảnh được chuyển thành kết luận điều trị.

Sự biểu hiện mục tiêu cao ở các mô bình thường có thể ảnh hưởng đáng kể đến sự phân bố và thanh thải kháng thể.

Việc xử lý thuốc qua trung gian mục tiêu (TMDD) mô tả mô hình này: sự hấp thu đặc hiệu của mô-khác với sự phân phối không đặc hiệu. Hình ảnh có thể hiển thị mô hình, nhưng việc giải thích định lượng đòi hỏi bối cảnh dược lý thích hợp.

Vì các kháng thể lưu hành trong thời gian dài nên hoạt động của mạch máu có thể lấn át tín hiệu PET ở những thời điểm chụp ảnh sớm.

Đây là một lý do tại sao hình ảnh theo chiều dọc và phân đoạn giải phẫu thích hợp rất quan trọng khi diễn giải sự hấp thu của mô.

Tỷ lệ SUV và mô-trên-nền là các thước đo định lượng hữu ích nhưng chúng không nhất thiết cung cấp mô tả đầy đủ về động học của kháng thể.

Tùy thuộc vào câu hỏi nghiên cứu, đường cong-hoạt động theo thời gian, mô hình động học, chức năng đầu vào huyết tương và xác thực ex vivo có thể cung cấp thêm thông tin.

Phương pháp định lượng thích hợp phải được lựa chọn tùy theo mục tiêu chính là phân phối sinh học, động học mô, liên kết mục tiêu hay đánh giá dược lực học.

Miễn dịch-PET bổ sung thêm nhiều thông tin hơn khi được diễn giải cùng với các điểm cuối tịnh tiến khác.

Ví dụ:

PET-CTcó thể kết hợp tín hiệu phân tử với định vị giải phẫu.

MRIcó thể thêm thông tin giải phẫu-mô mềm và độ phân giải-cao, đặc biệt đối vớinghiên cứu về hệ thần kinh trung ương.

PK huyết tươngcung cấp các phép đo phơi nhiễm hệ thống.

Dấu ấn sinh học và bệnh lýđưa ra bằng chứng độc lập về hoạt động sinh học hoặc tác dụng của mô.

Điểm cuối chức năngcho biết liệu sự tham gia của mục tiêu phân tử có chuyển thành phản ứng dược lý có thể đo lường được hay không.

Cơ sở hạ tầng nghiên cứu chuyển đổi của Prisys bao gồm PET{0}}CT, MRI, CT, DSA và các phương thức hình ảnh tương đương lâm sàng-khác, hỗ trợ hình ảnh đa phương thức trong nghiên cứu NHP.

Nền tảng rộng hơn cũng hỗ trợdược lý NHP, đánh giá PK/PD, điều tra dấu ấn sinh học và nghiên cứu-mục tiêu về sự tương tác, do đó, dữ liệu hình ảnh phân tử có thể được diễn giải trong khuôn khổ nghiên cứu tiền lâm sàng rộng hơn.

Cách tiếp cận tổng hợp này quan trọng nhất khi vấn đề phát triển vượt ra ngoài phạm vi phân phối sinh học đơn giản:

Kháng thể có tiếp cận được mô dự định, tương tác với mục tiêu và tạo ra phản ứng sinh học như mong đợi không?

Miễn dịch-PET có thể được tích hợp vào các giai đoạn phát triển sinh học khác nhau. Trong quá trình lựa chọn ứng cử viên sớm, nó có thể so sánh các kháng thể về sự phân bố của mô và sự hấp thu liên quan đến mục tiêu.Trong quá trình dược lý học tiền lâm sàng, nó có thể bổ sung cho phân tích mô và PK huyết tương để điều tra phơi nhiễm tại các vị trí liên quan.

Đối với các chương trình ADC, nó có thể cung cấp thông tin về khả năng tiếp cận mục tiêu và phân bổ-toàn bộ cơ thể theo những cách bổ sung cho các nghiên cứu về tính hiệu quả và an toàn.

Đối với các chương trình ung thư, hình ảnh toàn bộ cơ thể-có thể mô tả biểu hiện mục tiêu không đồng nhất trên các tổn thương và hỗ trợ phát triển các dấu ấn sinh học hình ảnh.

Các báo cáo lâm sàng cũng chỉ ra vai trò của PET-miễn dịch trong việc lựa chọn bệnh nhân và phát triển chẩn đoán-đồng hành, mặc dù việc chuyển đổi từ công cụ theo dõi hình ảnh tiền lâm sàng sang chẩn đoán lâm sàng yêu cầu xác nhận riêng. Nghiên cứu ZEPHIR là một-ví dụ nổi tiếng:⁸⁹Hình ảnh Zr-trastuzumab đã được nghiên cứu liên quan đến đáp ứng điều trị đối với bệnh ung thư vú dương tính với HER2.

Đối với các chương trình NHP tiền lâm sàng, giá trị trước mắt nói chung là sự hiểu biết cụ thể hơn về sự phân bố sinh học của kháng thể, khả năng tiếp cận mục tiêu và các mối quan hệ phản ứng-phơi nhiễm trước khi diễn giải lâm sàng.

Giá trị của PET-miễn dịch trong nghiên cứu NHP không chỉ là khả năng hiển thị kháng thể.

Giá trị khoa học của nó nằm ở việc kết nối phơi nhiễm hệ thống với phân bố không gian và khả năng tiếp cận mục tiêu phân tử.

PK huyết tương thông thường vẫn cần thiết để hiểu phơi nhiễm toàn thân. Phân tích mô ex vivo cung cấp thông tin chi tiết tại các vị trí giải phẫu được chọn. Miễn dịch-PET bổ sung một chiều dọc hình ảnh toàn bộ cơ thể-có thể cho biết nơi tích tụ kháng thể được gắn nhãn phóng xạ và sự phân bố đó thay đổi như thế nào theo thời gian.

Kết hợp với các xét nghiệm biểu hiện-đích, dấu ấn sinh học mô, bệnh lý và điểm cuối dược lực học, PET miễn dịch-góp phần mang lại cái nhìn tổng hợp hơn về dược lý kháng thể.

Do đó, đối với các nghiên cứu NHP về mAbs, kháng thể đặc hiệu kép và ADC, một khuôn khổ hữu ích là:

Phơi nhiễm → Phân phối sinh học → Khả năng tiếp cận mục tiêu → Tương tác với mục tiêu → Phản ứng sinh học

Khung này kết nối các khái niệm hình ảnh phân tử được thảo luận trong loạt Prisys rộng hơn, từ PK/PD dựa trên hình ảnh và phân phối sinh học PET{0}}đến sự gắn kết mục tiêu định lượng và hình ảnh phân tử tịnh tiến.

Mục tiêu không phải là thay thế phân tích PK hoặc mô thông thường mà là bổ sung thông tin theo chiều dọc và không gian mà các phương pháp đó không thể cung cấp một mình.

Carmon KS, Azhdarinia A. Ứng dụng miễn dịch-PET trong kháng thể-Phát triển liên hợp thuốc.Hình ảnh mol. 2018;17:1536012118801223. doi:10.1177/1536012118801223

Liên hệ với Prisys Biotech