Mũi-đến-Truyền não ở NHP: Nghiên cứu điển hình 125I SPECT

cáchàng rào máu-não(BBB) ​​là một trong những hạn chế chính trong việc phát triển thuốc của hệ thần kinh trung ương (CNS). Nó hạn chế sự xâm nhập của nhiều phân tử nhỏ và hầu hết các chất sinh học vào nhu mô não. Nội mũi, hoặcmũi-đến-nãodo đó đã thu hút sự quan tâm vì khoang mũi về mặt giải phẫu được kết nối với hệ thần kinh trung ương thông qua con đường khứu giác và sinh ba. Những con đường này có thể cung cấp khả năng tiếp cận não mà không thể giải thích được chỉ bằng tuần hoàn hệ thống.

Thử thách khoa học không chỉ đơn giản là chọn đường đi qua mũi. Nó nhằm chứng minh vật liệu được quản lý sẽ đi đến đâu, bao nhiêu tín hiệu được liên kết với não, tín hiệu đó thay đổi như thế nào theo thời gian và liệu quan sát có phản ánh vật phẩm thử nghiệm còn nguyên vẹn chứ không phải là nhãn tách rời hoặc chất chuyển hóa hay không. Dược động học huyết tương (PK) không thể trả lời những câu hỏi này.Lấy mẫu dịch não tủy (CSF)cung cấp thông tin từ một ngăn giới hạn và một số điểm thời gian giới hạn. Phân tích não giai đoạn cuối cung cấp các phép đo mô trực tiếp, nhưng mỗi con vật thường đóng góp một quan sát cuối cùng.

Được dán nhãn phóng xạhình ảnh phân tửcung cấp một cách bổ sung để giải quyết những câu hỏi này ở các loài linh trưởng không phải con người (NHP). Bằng cách kết hợp vật liệu thử nghiệm được dán nhãn phóng xạ với SPECT/CT nối tiếp, các nhà điều tra có thể theo dõi tín hiệu liên quan đến chất đánh dấu-trong não và khắp cơ thể ở cùng một con vật theo thời gian. Bài viết này thảo luận về một trường hợp peptit gắn nhãn iốt-125 được trình bày trongHội thảo trực tuyến về hình ảnh phân tử Prisys Biotechvà giải thích những gì thiết kế nghiên cứu có thể và không thể chứng minh.

Tại sao PK huyết tương không đủ để đánh giá sự phân bố của CNS

Tiếp xúc toàn thân không tương đương với tiếp xúc với não. Một hợp chất có thể tạo ra nồng độ có thể đo được hoặc thậm chí đáng kể trong huyết tương trong khi chỉ đạt được nồng độ giới hạn trong não. Mối quan hệ đặc biệt khó giải thích sau khi dùng qua đường mũi, vì vật liệu được sử dụng có thể được giữ lại trong khoang mũi, được đưa vào đường hô hấp, được hấp thụ một cách có hệ thống hoặc được vận chuyển tới hệ thần kinh trung ương thông qua con đường giải phẫu cục bộ.

Lấy mẫu CSF bổ sung thông tin hữu ích, nhưng CSF không phải là đại diện trực tiếp cho mọi khoang não. Lấy mẫu là xâm lấn, cung cấp các điểm thời gian thưa thớt và có thể không thể hiện sự phơi nhiễm nhu mô khu vực. Phân tích mô não giai đoạn cuối trực tiếp hơn, tuy nhiên, đường cong lưu giữ theo chiều dọc yêu cầu các động vật riêng biệt cho từng thời điểm cuối cùng. Điều này làm tăng số lượng động vật cần thiết và khiến thời gian diễn ra phụ thuộc nhiều hơn vào sự thay đổi giữa-các môn học.

Cả PK huyết tương và phép đo thiết bị đầu cuối đều không cung cấp một bức tranh không gian hoàn chỉnh. Đối với chương trình CNS qua mũi, các nhà điều tra cũng có thể cần biết liệu vật thử nghiệm có còn ở trong khoang mũi, đến đường hô hấp dưới, phân phối đến các cơ quan khác hay có biểu hiện kiểu vùng trong não hay không. Đây là những câu hỏi về sự phân phối cũng như những câu hỏi về sự tập trung.

Cách SPECT được dán nhãn phóng xạ hỗ trợ việc đánh giá não-đến{1}}não

Nghiên cứu hình ảnh phân tử bắt đầu bằng việc lựa chọn hạt nhân phóng xạ và chiến lược ghi nhãn phù hợp với vật phẩm thử nghiệm và tiến trình thời gian sinh học dự kiến. Trong trường hợp hội thảo trực tuyến, peptit được dán nhãn iốt-125 (125I), một hạt nhân phóng xạ có chu kỳ bán rã vật lý-khoảng 59,4 ngày. Thời gian bán hủy vật lý tương đối dài-của nó tương thích với việc quan sát nối tiếp từ nhiều giờ đến nhiều ngày, điều này phù hợp khi khả năng lưu giữ của não có thể vượt ra ngoài cửa sổ hình ảnh ngắn của các hạt nhân phóng xạ PET có thời gian tồn tại ngắn thường được sử dụng.

Vật liệu được dán nhãn được quản lý ở cấp độ đánh dấu. Kiểu thiết kế microdose này nhằm mục đích cung cấp tín hiệu hình ảnh có thể phát hiện được đồng thời giảm thiểu nhiễu loạn dược lý bởi vật liệu được dán nhãn. Bản thân nó không chứng minh rằng chế phẩm được dán nhãn hoạt động giống hệt với liệu pháp không được dán nhãn. Câu hỏi đó phụ thuộc vào vị trí ghi nhãn, hoạt động cụ thể, độ tinh khiết hóa học phóng xạ, công thức và việc bảo quản các đặc tính sinh học của phân tử mẹ.

SPECT/CT kết hợp thông tin phân tử có nguồn gốc từ hạt nhân phóng xạ-với sự đồng đăng ký về mặt giải phẫu. Quét nối tiếp có thể được sử dụng để đánh giá:

• liệu tín hiệu liên quan đến não-có được phát hiện sau khi tiêm qua đường mũi hay không;
• sự phân bố tín hiệu về mặt giải phẫu trong các vùng CNS được chụp ảnh;
• sự thay đổi trong tín hiệu liên quan-của não theo thời gian; Và
• bố trí đồng thời trong khoang mũi, đường thở, phổi và các cơ quan khác trong phạm vi tầm nhìn.

Các phép đo kết quả tốt nhất được hiểu là tín hiệu liên quan đến chất đánh dấu hoặc phân phối vật liệu được gắn nhãn phóng xạ. Chúng không nên tự động được mô tả là nồng độ thuốc gốc-nguyên vẹn trừ khi độ ổn định của nhãn và phân tích sinh học ex vivo hỗ trợ cho cách giải thích đó.

Nghiên cứu điển hình: SPECT 125I nối tiếp sau khi tiêm peptide qua mũi ở NHP

Vụ việc được thực hiện nhờ khả năng nghiên cứu tịnh tiến NHP của Prisys Biotech và khả năng chụp ảnh phân tử và hóa học phóng xạ. Nghiên cứu đã sử dụng peptide có nhãn iốt-125 được tiêm nội bộ cho NHP.

Hình ảnh SPECT nối tiếp được thực hiện vào lúc 1, 24, 48, 72 và 96 giờ sau khi dùng. Trình tự hình ảnh được thiết kế để kiểm tra sự hiện diện và phân phối tín hiệu được gắn nhãn phóng xạ liên quan đến não-trong khoảng thời gian nhiều-ngày thay vì dựa vào một phép đo đầu cuối duy nhất.

Vụ án cung cấp ba loại thông tin liên quan. Đầu tiên, tín hiệu liên quan đến não-được quan sát thấy sau khi dùng thuốc qua đường mũi, hỗ trợ điều tra sâu hơn về khả năng phân phối của CNS. Thứ hai, sự phân bổ tín hiệu có thể được đánh giá trên các vùng giải phẫu của não thay vì được coi là một giá trị-toàn bộ não. Thứ ba, các lần quét nối tiếp cho thấy tín hiệu liên quan đến não-đã thay đổi như thế nào trong khoảng thời gian quan sát 96 giờ, bao gồm cả việc lưu giữ tín hiệu có thể phát hiện được trong ít nhất 72 giờ như được trình bày trong hội thảo trên web.

Việc mua lại tương tự cũng cung cấp thông tin bên ngoài CNS. Tín hiệu được đánh giá ở vùng mũi, má, đường phế quản và phổi. Điều này quan trọng vì sự lắng đọng cục bộ và độ thanh thải của đường hô hấp có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ liều qua đường mũi vẫn có sẵn để vận chuyển tiềm năng từ mũi{2}}đến-não. Do đó, một thiết kế hình ảnh kiểm tra cả hệ thống thần kinh trung ương-và hệ thống hô hấp có thể giúp các nhà điều tra giải thích toàn bộ đường phân phối thay vì chỉ tập trung vào hình ảnh não cuối cùng.

Thiết kế nghiên cứu có thể trả lời những gì

1. Có thể phát hiện được tín hiệu liên quan đến não- sau khi dùng thuốc qua đường mũi không?

SPECT nối tiếp cung cấp bằng chứng in vivo cho thấy vật liệu được đánh dấu phóng xạ hiện diện trong vùng não được chụp ảnh sau khi dùng. Điều này mạnh hơn việc suy ra sự cung cấp CNS chỉ từ việc tiếp xúc với huyết tương. Kết quả vẫn phải được mô tả chính xác: hình ảnh cho thấy tín hiệu đánh dấu liên quan đến não-, nhưng bản thân nó không chứng minh được đường vận chuyển chính xác hoặc chứng minh rằng peptit nguyên vẹn đã đi vào một loại tế bào não cụ thể.

2. Tín hiệu tích lũy ở đâu?

SPECT/CT cung cấp thông tin không gian ở mức độ được phép theo phương thức, chất lượng đăng ký, phương pháp tái tạo và độ phân giải cụ thể của nghiên cứu. Phân tích khu vực có thể cho biết liệu tín hiệu có tập trung ở các khu vực giải phẫu cụ thể hay không. Điều này rất quan trọng đối với các chương trình CNS trong đó-trung bình toàn bộ não có thể che giấu sự khác biệt theo khu vực về mức độ hiển thị hoặc khả năng lưu giữ.

3. Tín hiệu liên quan đến não-thay đổi như thế nào theo thời gian?

Trình tự từ 1{2}} đến 96-giờ cung cấp một khóa học theo thời gian theo chủ đề. Các nhà điều tra có thể kiểm tra thời gian đạt đến tín hiệu quan sát được cao nhất, sự tồn tại trong cửa sổ quan sát và hiện tượng rửa trôi rõ ràng. Những quan sát có nguồn gốc từ hình ảnh này có thể được xem xét cùng với dữ liệu PK huyết tương, CSF, điểm cuối dược lực học và phép đo mô ex vivo.

4. Liều thuốc còn lại sẽ đi đâu?

Hình ảnh toàn bộ cơ thể hoặc trường ảnh mở rộng có thể cho thấy sự phân bố đồng thời bên ngoài não. Đối với việc dùng thuốc qua đường mũi, khoang mũi và đường hô hấp có liên quan đặc biệt. Sự phân bố của cơ quan ngoại vi cũng có thể giúp xác định các kiểu phơi nhiễm có thể liên quan đến độ an toàn, độ thanh thải hoặc giải thích tỷ lệ phân phối CNS rõ ràng.

5. Nghiên cứu có thể giảm bớt sự phụ thuộc vào việc lấy mẫu cuối cùng không?

Hình ảnh nối tiếp cho phép quan sát lặp lại trong cùng một đối tượng, điều này có thể làm giảm nhu cầu chỉ định các nhóm đầu cuối riêng biệt cho mọi thời điểm. Mức độ giảm thiểu phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu, kế hoạch kiểm chứng, số lượng động vật, lịch chụp ảnh và nhu cầu xác nhận trực tiếp ex vivo. Do đó, hình ảnh phân tử nên được xem như một cách để cải thiện thông tin thu được từ nghiên cứu trên động vật, chứ không phải là sự thay thế tự động cho phân tích cuối cùng.

Hình ảnh nào không tự thiết lập được

Hạn chế đầu tiên là độ phân giải không gian và tế bào. SPECT/CT có thể định vị tín hiệu được đánh dấu phóng xạ tới các vùng giải phẫu, nhưng nó không thể xác định liệu vật liệu đó có ở bên trong tế bào thần kinh, tế bào thần kinh đệm, khoang mạch máu hay không gian ngoại bào hay không. Định vị tế bào và dưới tế bào đòi hỏi các phương pháp như chụp X quang tự động, mô học, hóa mô miễn dịch hoặc các xét nghiệm cuối cùng khác.

Hạn chế thứ hai liên quan đến nhận dạng phân tử. Máy ảnh phát hiện sự phân rã phóng xạ từ đồng vị. Nó không phân biệt peptide nguyên vẹn với chất chuyển hóa được đánh dấu phóng xạ hoặc iốt tự do nếu nhãn được giải phóng in vivo. Do đó, độ ổn định của nhãn phải được đánh giá trước và trong khi nghiên cứu nếu thích hợp. Các điểm thời gian cuối đã chọn có thể được ghép nối với phân tích sinh học ex vivo để xác định mức độ chặt chẽ của tín hiệu hình ảnh thể hiện bài kiểm tra gốc.

Hạn chế thứ ba là phân bổ tuyến đường. Tín hiệu liên quan đến não-sau khi dùng thuốc qua đường mũi tương thích với việc phân phối CNS, nhưng riêng SPECT không thể phân biệt rõ ràng việc vận chuyển trực tiếp từ mũi{2}}đến-não với sự hấp thụ toàn thân, sau đó là đường đi qua BBB tiếp theo hoặc từ sự kết hợp của các tuyến đường. Lộ trình-kết luận cụ thể yêu cầu tích hợp với thiết kế nghiên cứu, dữ liệu công thức, PK huyết tương và mô, phép đo CSF ​​khi thích hợp và các biện pháp kiểm soát có liên quan.

Những hạn chế này không làm giảm giá trị của hình ảnh. Họ xác định cách sử dụng dữ liệu. Hình ảnh nối tiếp có thể xác định các khu vực và điểm thời gian đảm bảo điều tra chi tiết ở giai đoạn cuối, cho phép công việc ex vivo tập trung vào các câu hỏi cụ thể thay vì phân bổ theo một khoảng thời gian tùy ý.

Tại sao NHP lại liên quan đến sự phát triển của mũi{0}}đến-não bộ

Loài gặm nhấm vẫn hữu ích trong việc sàng lọc công thức, nghiên cứu cơ chế và chứng minh sớm-về-khái niệm. Tuy nhiên, giải phẫu mũi và sinh lý hô hấp của loài gặm nhấm khác với con người. Loài gặm nhấm là loài bắt buộc thở bằng mũi và biểu mô khứu giác chiếm một phần tương ứng lớn hơn trong khoang mũi. Những đặc điểm này có thể ảnh hưởng đến sự lắng đọng và có thể dẫn đến sự đóng góp rõ ràng hơn từ sự vận chuyển khứu giác so với dự kiến ​​ở người.

NHP cung cấp bối cảnh giải phẫu và sinh lý gần gũi hơn cho các câu hỏi dịch thuật đã chọn, bao gồm hình học khoang mũi, tổ chức đường thở, kiểu thở, giải phẫu hệ thần kinh trung ương và khả năng tương thích với hình ảnh-tương đương lâm sàng. Dữ liệu NHP không loại trừ sự không chắc chắn trong dịch mã của con người và chúng không nên được hiểu là dự đoán trực tiếp về phơi nhiễm lâm sàng. Giá trị của chúng là ở chỗ chúng cho phép đánh giá tuyến đường, sự phân bố theo khu vực, khả năng lưu giữ và cách bố trí hệ thống trong một mô hình có mức độ liên quan cao hơn đến giải phẫu người so với các nghiên cứu tiêu chuẩn về loài gặm nhấm đối với một số câu hỏi về quá trình sinh nở.

Việc lựa chọn loài vẫn phải được thúc đẩy bởi câu hỏi phát triển. Nghiên cứu NHP mang lại nhiều thông tin nhất khi được thiết kế để giải quyết một quyết định không thể giải quyết thỏa đáng trong ống nghiệm hoặc trên loài gặm nhấm, chẳng hạn như lựa chọn công thức, phơi nhiễm CNS khu vực, đánh giá-thiết bị phân phối hoặc mối quan hệ giữa lắng đọng cục bộ và phơi nhiễm toàn thân.

Tích hợp hình ảnh với PK, phân tích sinh học và dược lý

Hình ảnh phân tử hữu ích nhất khi nó được lên kế hoạch như một thành phần của bộ dữ liệu tịnh tiến tích hợp. Nghiên cứu từ mũi đến não có thể kết hợp SPECT/CT nối tiếp với PK huyết tương, lấy mẫu CSF, đánh giá mũi và hô hấp, phân tích sinh học mô, đo dấu ấn sinh học và điểm cuối dược lực học.

Sự tích hợp này cho phép so sánh một số lớp bằng chứng:

• Phơi nhiễm hệ thống:nồng độ, mức độ phơi nhiễm và độ thanh thải trong huyết tương;
• Tiếp xúc không gian:sự phân bố vùng não và cơ quan ngoại vi-của vật liệu được gắn nhãn phóng xạ;
• Tiếp xúc tạm thời:thay đổi tín hiệu từ giai đoạn đầu-sau liều cho đến việc duy trì hoặc thải bỏ sau đó;
• Nhận dạng phân tử:tỷ lệ tín hiệu được quy cho nguyên liệu gốc nguyên vẹn hoặc các chất chuyển hóa có liên quan; Và
• Tác dụng sinh học: sự tham gia mục tiêu, phản ứng dấu ấn sinh học hoặc dược lý chức năng.

Không có một lớp nào là đủ cho mọi chương trình. Việc giải thích tịnh tiến trở nên mạnh mẽ hơn khi tín hiệu hình ảnh được liên kết với vật phẩm thử nghiệm được đo, cơ chế dự kiến ​​và phản ứng sinh học có liên quan đến giả thuyết điều trị.

Vai trò của Công nghệ sinh học Prisys trong nghiên cứu hình ảnh não NHP-đến-

Prisys Biotech tiến hành các nghiên cứu tịnh tiến NHP có thể kết hợp liều lượng qua mũi, hình ảnh phân tử nối tiếp, PK/PD, phân tích dấu ấn sinh học và đánh giá mô bổ sung. Quy trình công việc có thể bao gồm lựa chọn hạt nhân phóng xạ, dán nhãn phóng xạ, chuẩn bị và tinh chế sau{1}} dán nhãn, kiểm soát chất lượng, SPECT/CT hoặc PET/CT động vật cỡ lớn và phân tích hình ảnh định lượng.

Tài liệu hội thảo trực tuyến mô tả quy trình ghi nhãn và chụp ảnh áp dụng cho các phân tử nhỏ, peptide, protein, đại phân tử, vật liệu nano và kháng thể. Hạt nhân phóng xạ và phương thức thích hợp phụ thuộc vào vật liệu thử nghiệm, ghi nhãn hóa học, động học dự kiến, khoảng thời gian quan sát cần thiết, độ nhạy và mục tiêu nghiên cứu. Các thông số này nên được thiết lập trong quá trình thiết kế nghiên cứu thay vì chỉ được lựa chọn dựa trên tính sẵn có của thiết bị.

Đối với các chương trình từ mũi đến-não, mục tiêu thực tế là kết nối quy trình phân phối với gói bằng chứng có thể bảo vệ: nơi phát hiện vật liệu, cách phân bố của nó thay đổi theo thời gian, tỷ lệ tín hiệu nào có thể được quy cho phân tử mẹ và liệu sự tiếp xúc có liên quan đến tác dụng dược lý hay không.

Phần kết luận

Serial 125I SPECT cung cấp một phương pháp đánh giá sự phân bố của hệ thống-liên quan đến não và hệ hô hấp- sau khi sử dụng peptide qua đường mũi ở NHP. Trong trường hợp hội thảo trên web, các lần quét lúc 1, 24, 48, 72 và 96 giờ cho thấy cách quản trị ở cấp độ theo dõi-có thể tạo ra thông tin theo chiều dọc và không gian, bao gồm cả tín hiệu liên quan đến não{10}}có thể phát hiện được trong ít nhất 72 giờ như nhóm nghiên cứu đã trình bày.

Phương pháp này không chứng minh độc lập cơ chế vận chuyển từ mũi đến{1}não, sự định vị tế bào hoặc sự tập trung-mẹ nguyên vẹn. Những câu hỏi đó yêu cầu các biện pháp kiểm soát bổ sung, đánh giá-độ ổn định trên nhãn, phân tích sinh học và khi cần thiết, các phương pháp mô cuối cùng. Giá trị của nó nằm ở việc bổ sung chế độ xem lặp lại trong cơ thể về sự phân bố và lưu giữ vào khung phân tích PK và mô{6}}thông thường.

Để phát triển thuốc CNS, thiết kế mang lại nhiều thông tin nhất thường không phải là hình ảnh thay vì phân tích sinh học. Đó là hình ảnh cùng với phân tích sinh học, dược lý và các điểm cuối tịnh tiến thích hợp. Sự kết hợp này có thể hỗ trợ các quyết định chính xác hơn về công thức, liều lượng, mức độ tiếp xúc, duy trì CNS khu vực và giai đoạn phát triển phi lâm sàng tiếp theo.