Chụp cắt lớp phát xạ Positron (PET) đo lường vị trí của thuốc được dán nhãn phóng xạ, liệu pháp sinh học, hạt nano hoặc liệu pháp tế bào đi vào bên trong cơ thể sống. Trong các nghiên cứu về loài linh trưởng không phải con người (NHP), ưu điểm chính của nó là trả lời các câu hỏi mà việc mổ xẻ giai đoạn cuối không thể: không chỉ liệu ứng viên có đạt được mục tiêu hay không mà còn di chuyển đến đâu, lây lan bao xa từ vị trí tiêm và mô hình đó thay đổi như thế nào theo thời gian.
Những câu hỏi này quan trọng nhất đối với vắc-xin và liệu pháp hạt nano, trong đó con đường đi qua các hạch bạch huyết thường xác định lượng kháng nguyên đến được các hạch thoát nước và từ đó phản ứng miễn dịch mạnh đến mức nào.
Một bài báo năm 2021 ởVật liệu sinh họcđã cho thấy điều này trông như thế nào trong thực tế. Martin và các đồng nghiệp đã theo dõi vắc-xin hạt nano ở khỉ rhesus bằng hình ảnh huỳnh quang cấp độ mô PET cộng với-mô, hoạt động từ toàn bộ động vật đến từng nang riêng lẻ. Sau khi tiêm vào đùi, tín hiệu vắc-xin xuất hiện ở các hạch bạch huyết ở bẹn và chậu, có nơi cách chỗ tiêm tới 17 cm. Ở cấp độ mô, kháng nguyên vỏ HIV hiển thị-hạt nano đã tụ tập xung quanh mạng lưới tế bào đuôi gai (FDC) bên trong nang tế bào B-.
Bài học rút ra dành cho các nhà phát triển thuốc: hình ảnh cho phép bạn kết nối những gì xảy ra tại vị trí tiêm với nơi vật liệu kết thúc mà không cần phải giết con vật vào mỗi thời điểm để tìm hiểu.
PET bổ sung gì vào nghiên cứu phân phối sinh học?
Công việc phân phối sinh học luôn có nghĩa là giết chết động vật tại những thời điểm đã định và sau đó đo mô: đếm gamma, chụp X quang tự động, mô học hoặc một số kết quả phân tích sinh học. Mỗi thời điểm là một con vật khác nhau, vì vậy bạn chỉ có được một bức ảnh chụp nhanh.
PET loại bỏ hạn chế đó. Bạn có thể chụp ảnh cùng một con vật nhiều lần và quan sát chuyển động của nhãn phóng xạ.
Trong nghiên cứu tiền lâm sàng, khả năng đơn lẻ này đặt ra nhiều câu hỏi cùng một lúc: vật liệu đi đâu, tốc độ đào thải như thế nào, liệu nó có đạt được mục tiêu hay không và liệu việc phân phối có phù hợp với cơ chế đề xuất hay không. Đối với các nghiên cứu NHP nói riêng, sự tương phản với công việc mô thông thường trông như thế này:
| Tiếp cận | Thông tin sơ cấp | Đặc điểm chính |
|---|---|---|
| Chụp ảnh PET | Sự phân bố sinh học toàn bộ{0}}cơ thể và khu vực | Theo chiều dọc, không-xâm lấn |
| Phân tích mô ex vivo | Nồng độ mô và thành phần phân tử | Thiết bị đầu cuối, định lượng |
| Mô học / hóa mô miễn dịch | Định vị mô và tế bào | Độ phân giải không gian cao |
| Hình ảnh huỳnh quang | Phân bố cấp độ mô- | Độ phân giải không gian cao, thường là ex vivo |
| MRI / CT | Bối cảnh giải phẫu và cấu trúc | Độ phân giải giải phẫu cao |
PET không phải là phương tiện- thay thế cho phân tích mô. Giá trị của nó hiển thị khi bạn ghép hình ảnh phân tử toàn bộ-cơ thể với các điểm cuối ở cấp độ giải phẫu và mô-.
Một nghiên cứu về khỉ Rhesus về bạch huyết-Vắc xin nhắm mục tiêu
Nhóm của Martin đã chế tạo một loại vắc xin tiểu đơn vị có tác dụng điều khiển hệ bạch huyết: một dụng cụ cắt vỏ HIV được gắn trên một hạt nano (NP Trimer{0}}, kết hợp với chất bổ trợ CpG liên hợp lipid-(amph-CpG). Họ sử dụng PET cùng với hình ảnh huỳnh quang mô để kết nối toàn bộ-hình ảnh động vật với những gì xảy ra bên trong các nút riêng lẻ.
Sau khi tiêm vào đùi, PET lấy vắc xin chủ yếu vào hạch bẹn và hạch chậu. Tín hiệu đến các hạch chậu cách vị trí tiêm 17 cm.
Khoảng cách đó quan trọng. Nó cho thấy bạn không thể cho rằng việc dẫn lưu trong cơ dừng lại ở nút gần nhất. Ở một động vật lớn, chất đánh dấu đi qua các trạm bạch huyết riêng biệt về mặt giải phẫu mà một mẫu địa phương tiêu chuẩn sẽ bỏ lỡ. NHP PET giành được vị trí của mình trong nghiên cứu vắc xin ở đây: nó cho thấy mức độ lây lan bạch huyết thực tế ở động vật sống, thay vì bất kỳ nút nào mà ai đó quyết định thu thập trước thời hạn.
Từ quá trình phân bổ sinh học toàn bộ cơ thể{0}}đến giải phẫu vi mô hạch bạch huyết
Việc kết hợp PET với hình ảnh mô là điểm khiến nghiên cứu này trở nên thú vị.PET đặt mô hình vĩ mô: hạch bẹn và hạch chậu làm vị trí hấp thu chính. Hình ảnh huỳnh quang sau đó cho thấy các thành phần vắc xin nằm bên trong các nút đó như thế nào. Bộ xén hiển thị hạt nano-đã tập trung xung quanh rìa của mạng FDC trong các nang tế bào B-. Vị trí đó có ý nghĩa sinh học: FDC là khung của nang bạch huyết và là cấu trúc chứa kháng nguyên ở trung tâm mầm bệnh.
Nhưng hình ảnh không chứng minh được nguyên nhân. Nghiên cứu cho thấy kháng nguyên nằm cạnh mạng FDC; chỉ riêng PET đã không cho thấy rằng cách bố trí này tạo ra khả năng miễn dịch tế bào B-tốt hơn. Hình ảnh cho bạn biết vật liệu ở đâu. Liệu vị trí đó có thúc đẩy phản ứng miễn dịch hay không là một câu hỏi riêng biệt và bạn cần các chỉ số miễn dịch để trả lời.
Chuỗi công việc kết nối với nhau như thế này:
PET → phân bố vùng → hình ảnh mô → vị trí tế bào → kết quả miễn dịch hoặc dược lực học
Mỗi bước sẽ bổ sung thêm những gì mà bước trước đó không thể tự mình nhìn thấy.
Tại sao phát hiện 17 cm lại quan trọng đối với nghiên cứu phân phối sinh học NHP
Con số 17 cm là con số mà mọi người đều nhớ được trong bài báo này, nhưng nó chỉ có ý nghĩa gì đó trong ngữ cảnh.
Kết quả đến từ một loại vắc-xin HIV, được tiêm tại một địa điểm, trên khỉ nâu. Đây không phải là quy tắc về cách tiêu chảy của vắc-xin và bạn không nên coi 17 cm là khoảng cách giải phẫu cố định áp dụng trong các nghiên cứu NHP. Những gì nó cho thấy là sự hấp thu bạch huyết ở xa có thể lớn và PET có thể đo được điều đó.
Đối với bất kỳ ai đang phát triển vắc-xin, hạt nano hoặc liệu pháp miễn dịch di chuyển qua bạch huyết, phát hiện này đặt ra một loạt câu hỏi thực tế: nguồn nguyên liệu sau khi tiêm ở đâu, các nút nào nhìn thấy nhiều nhất, công thức có thay đổi mô hình không và liệu sự tiếp xúc đó có phù hợp với hiệu quả miễn dịch hoặc dược lực học mà bạn thực sự mong muốn không? PET trả lời vài câu đầu tiên. Các xét nghiệm mô và miễn dịch phải khép lại phần còn lại.
PET là một công cụ phân phối sinh học, không phải là một xét nghiệm hiệu quả độc lập
Tín hiệu PET không giống với hoạt động. Máy ảnh sẽ nhìn thấy hạt nhân phóng xạ, bất kể nó đi đến đâu: thuốc còn nguyên vẹn, chất chuyển hóa, mảnh bị phân hủy hoặc bất cứ thứ gì khác vẫn còn mang nhãn. Cái nào bạn đang xem phụ thuộc vào cách bạn gắn nhãn cho nó.
Vì vậy, một nghiên cứu phân phối sinh học PET cần có công ty. Chương trình vắc xin hoặc hạt nano thường chạy chương trình này cùng với việc lấy mẫu máu để xác định PK toàn thân, lấy mẫu nút để tiếp xúc với mô, đo tế bào theo dòng chảy để lập hồ sơ tế bào-miễn dịch, hóa mô miễn dịch để xác định vị trí và xét nghiệm chức năng để đọc dược lực học. Điều này quan trọng nhất đối với sinh học và hạt nano, nơi mà chất đánh dấu và vật liệu hoạt động không phải lúc nào cũng dính chặt vào nhau.
Chọn hạt nhân phóng xạ PET cho nghiên cứu phân phối sinh học NHP
Chọn hạt nhân phóng xạ phù hợp với thời gian tồn tại của phân tử được dán nhãn và cách nó di chuyển.
Những cái chung,18F, 68Ga, 64Cu, 89Zr, Và124I, bao gồm nhiều chu kỳ bán rã vật lý-.18Fphân hủy trong khoảng 110 phút,64Cutrong khoảng 12,7 giờ,89Zrtrong khoảng 3,27 ngày. Các phân tử nhỏ chuyển động-nhanh phù hợp với các đồng vị có thời gian tồn tại-ngắn; kháng thể, hạt nano và các chất sinh học chậm khác cần những chất-sống lâu dài như89Zrđể luôn hiển thị hình ảnh trên cửa sổ mà bạn quan tâm.
Việc ghi nhãn cũng phải giữ nguyên phân tử. Thay đổi kích thước, điện tích, tính ưa mỡ, độ liên kết hoặc độ ổn định của nó và bạn có thể thay đổi vị trí của nó. Hãy coi việc dán nhãn phóng xạ là thiết kế nghiên cứu chứ không phải là một ô để đánh dấu trước khi quét.
Tại sao lại sử dụng-động vật linh trưởng không phải con người để chụp ảnh phân tử?
NHP ngồi giữa loài gặm nhấm và phòng khám. Chúng đủ lớn để quét trên cùng một máy và giao thức được sử dụng ở người và giải phẫu của chúng gần với giải phẫu của chúng ta hơn là giải phẫu của chuột.
Nền tảng dịch vụ hình ảnh phân phối sinh học của Prisyschạy MRI, CT, PET-CT và DSA tương đương lâm sàng, được thiết lập để đo lường lặp lại sự tiến triển của bệnh, phân bổ thuốc, hiệu quả và dấu ấn sinh học. Vìhình ảnh phân tử, lợi ích là có thể đọc PET dựa trên giải phẫu: PET/CT sắp xếp tín hiệu theo cấu trúc và MRI bổ sung chi tiết-mô mềm. Bản thân mục đích của hình ảnh NHP không phải là quét PET. Nó kết hợp hình ảnh đó với dược lý học, phân tích sinh học, bệnh lý và mô hình bệnh tật.
Tích hợp hình ảnh PET vào phát triển thuốc NHP
Một nghiên cứu NHP PET tốt bắt đầu từ một câu hỏi chứ không phải từ "hãy lấy hình ảnh phân bố sinh học".
Đối với vắc xin hoặc hạt nano, quy trình làm việc thường diễn ra: dán nhãn và kiểm tra chất lượng vật liệu, quét đường cơ sở nếu cần, quản lý, sau đó thu thập PET/CT nối tiếp, vẽ các vùng quan tâm và cuối cùng liên kết các con số với dữ liệu về máu, mô và dược lực học. Tập dữ liệu cho bạn biết liệu ứng viên có đạt được mục tiêu dự kiến hay không và mức độ tiếp xúc thay đổi theo thời gian.
Hình ảnh có vai trò quan trọng trong toàn bộ chương trình tiền lâm sàng: phân phối, PK, tương tác mục tiêu, PD, hiệu quả, dấu ấn sinh học. Trong NHP, cạnh có tính chất dọc: bạn theo dõi một con vật qua mọi thời điểm thay vì ghi một đoàn hệ mới cho mỗi lần quét. Công việc mô cuối cùng vẫn giành được vị trí khi bạn cần độ phân giải phân tử hoặc tế bào mà máy ảnh không thể cung cấp cho bạn.
Từ phân phối sinh học đến ra quyết định mang tính dịch chuyển-
Đọc tốt dữ liệu PET có ý nghĩa nhiều hơn là lập bản đồ nơi thuốc đã đi. Câu hỏi thực sự là liệu mẫu có phù hợp với cơ chế bạn thiết kế hay không.
Dùng một loại vắc-xin được chế tạo để đánh vào các hạch bạch huyết đang chảy nước. PET xác nhận các nút thực sự đã bị lộ. Hình ảnh mô cho thấy kháng nguyên nằm ở đâu bên trong chúng. Các xét nghiệm miễn dịch cho biết liệu vị trí đó có mang lại phản ứng tế bào B-, tế bào T- hay kháng thể mà bạn mong muốn hay không. Chuỗi chạy:
Quản lý → phân phối → mục tiêu-tiếp xúc với mô → vị trí tế bào → phản ứng dược lực học → kết quả
Phá vỡ nó ở bất cứ đâu và câu chuyện sẽ tan vỡ. Một ứng viên có thể tiếp cận đúng mô mà không cần tiếp cận mục tiêu hoặc xếp chồng lên mô mà không làm được gì hữu ích. PET là một mắt xích trong chuỗi đó, chỉ mạnh khi dược lý và hoạt động mô được gắn vào nó.
Phần kết luận
PET cung cấp cho bạn một cách để theo dõi thuốc di chuyển qua-động vật linh trưởng không phải con người theo thời gian, hữu ích nhất khi quá trình phân phối quá phức tạp về không gian hoặc thời gian để thu thập mô cuối cùng.
Nghiên cứu rhesus của Martin là một ví dụ rõ ràng: PET cho thấy sự hấp thu vắc xin ở các hạch bẹn và chậu, cách vết tiêm ở đùi tới 17 cm, và huỳnh quang mô đặt kháng nguyên hạt nano xung quanh mạng FDC trong các nang.
Bài học dành cho các nhà phát triển là đọc phân bố sinh học như một phần của tập dữ liệu dịch thuật đầy đủ chứ không phải dưới dạng hình ảnh độc lập. PET cung cấp chế độ xem toàn bộ cơ thể theo chiều dọc; CT hoặc MRI cho kết quả giải phẫu; hình ảnh mô giải quyết chi tiết cục bộ; Công việc PK/PD, miễn dịch và bệnh lý quyết định ý nghĩa của nó. Đối với vắc xin, hạt nano, sinh học và liệu pháp tế bào, sự kết hợp đó là yếu tố cho bạn biết ứng viên thực sự hành xử như thế nào trước khi đến phòng khám.
Đề nghị đọc
Dấu ấn sinh học hình ảnh phân tử: Thúc đẩy nghiên cứu tịnh tiến và phát triển thuốc
Tại sao hình ảnh phân tử NHP lại quan trọng đối với các nghiên cứu PET tịnh tiến
Hình ảnh phân tử là gì và tại sao nó quan trọng trong phát triển thuốc?
Nghiên cứu phân phối sinh học hạt nhân phóng xạ NHP: Hình ảnh phân tử để phát triển thuốc tịnh tiến
Tài liệu tham khảo
Martin JT, Hartwell BL, Kumarapperuma SC, và cộng sự. Kết hợp PET và hình ảnh-mô toàn bộ của vắc xin nhắm mục tiêu-bạch huyết ở các loài linh trưởng không phải-người.Vật liệu sinh học. 2021;275:120868. doi:10.1016/j.biomaterials.2021.120868.
Câu hỏi thường gặp
Câu hỏi: Hình ảnh phân phối sinh học PET trong nghiên cứu NHP là gì?
Trả lời: Bạn dán nhãn thuốc, chất sinh học, hạt nano hoặc vật liệu thử nghiệm khác bằng máy phát positron, sau đó theo dõi và đo lường vị trí của nó trong cơ thể sống theo thời gian. Nó bao gồm toàn bộ-sự phân bổ của cơ thể và khu vực, đồng thời hoạt động cùng với việc phân tích mô cuối thay vì thay thế nó.
Hỏi: Tại sao nên sử dụng hình ảnh PET thay vì thu thập mô thông thường?
Trả lời: Việc thu thập mô đo lường vật liệu thực tế, nhưng mỗi thời điểm cần một con vật khác nhau nên bạn chỉ nhận được ảnh chụp nhanh. PET chụp đi chụp lại cùng một con vật, cung cấp cho bạn dòng thời gian thay vì một loạt các mẫu bị ngắt kết nối.
Hỏi: Nghiên cứu vắc xin khỉ rhesus đã chứng minh điều gì?
Đáp: Sau khi tiêm vào đùi, vắc xin nhắm mục tiêu vào bạch huyết- chủ yếu xuất hiện ở các hạch bẹn và chậu, với tín hiệu đến các hạch chậu cách xa 17 cm. Hình ảnh mô đặt kháng nguyên hạt nano xung quanh mạng FDC trong các nang tế bào B-.
Câu hỏi: Hình ảnh PET có thể hiện sự tham gia hoặc hiệu quả của mục tiêu không?
Đáp: Không phải tự nó. PET cho thấy nhãn đã đi đâu. Sự tham gia và hiệu quả của mục tiêu cần có các chỉ số phân tử, tế bào, chức năng hoặc bệnh lý để hỗ trợ chúng.
Câu hỏi: Những hạt nhân phóng xạ nào có thể được sử dụng cho các nghiên cứu phân phối sinh học của PET?
A: Bộ thông thường là18F, 68Ga, 64Cu, 89Zr, Và124I. Chọn dựa trên cách ứng viên xóa, thời gian bạn cần chụp ảnh cũng như mức độ ổn định của chất đánh dấu và hóa học ghi nhãn cho phép.
Hỏi: PET có thể được kết hợp với các phương thức hình ảnh khác trong nghiên cứu NHP không?
Đ: Vâng. PET với CT hoặc MRI bổ sung thêm giải phẫu; huỳnh quang mô, mô học hoặc hóa mô miễn dịch điền chi tiết tại chỗ và tế bào. Nền tảng NHP của Prisys cung cấp PET{2}}CT, MRI, CT và DSA cho loại công việc chuyển giao này.
