Zobrazovanie-PK/PD u primátov okrem{1}}človeka

Farmakokinetické (PK) a farmakodynamické (PD) štúdie opisujú, ako sa skúšaná terapia správa in vivo a ako expozícia súvisí s biologickou aktivitou. V konvenčnom predklinickom vývoji je PK charakterizovaná sériovým meraním koncentrácií liečiva v plazme alebo iných biologických matriciach, ktoré poskytujú parametre, ako je maximálna koncentrácia, expozícia v čase, klírens a polčas.

Systémová expozícia nám však nehovorí, kam sa liek dostane v tele, ako dlho zostáva v cieľovom tkanive alebo či sa dosiahne dostatočná expozícia v mieste farmakologického účinku.

Medzera je dôležitá pre terapie zamerané na anatomicky obmedzené alebo biologicky zložité tkanivá vrátane centrálneho nervového systému (CNS), nádorov, lymfoidných orgánov a zapálených tkanív. Zlúčenina môže vykazovať adekvátnu plazmatickú expozíciu, pričom slabo preniká do zamýšľaného cieľového tkaniva; mierne systémové koncentrácie môžu koexistovať aj s trvalou retenciou tkaniva alebo zapájaním cieľa.

Predovšetkým prístupy PK/PD založené na zobrazovaní-molekulárne zobrazovanie pomocou PETponúkajú iný spôsob riešenia týchto otázok. S vhodne navrhnutými rádioaktívne značenými indikátormi alebo rádioaktívne značenými kandidátmi na liečivá môžu výskumníci sledovať priestorové rozloženie a časové správanie zlúčeniny in vivo. V kombinácii s kinetickým modelovaním môže cieľové{2}}špecifické zobrazovanie tiež objasniť expozíciu tkaniva, väzbu na receptor a farmakodynamickú odpoveď.

U-neľudských primátov (NHP) sú prístupy založené na zobrazovaní-obzvlášť užitočné, pretože jedna štúdia môže integrovať systémovú PK, distribúciu v tkanivách, zobrazovacie biomarkery a funkčné koncové body do fyziologicky relevantného veľkého- zvieracieho modelu.

Tradičná plazmatická PK odpovedá na konkrétnu otázku: ako sa mení koncentrácia liečiva v systémovom obehu v priebehu času?

Typické parametre zahŕňajú Cmax, Tmax, AUC, klírens a konečný polčas-premeny. Tieto merania zostávajú potrebné na charakterizáciu dávky a analýzu odozvy-vystavenie.

Obmedzením je, že plazmatická koncentrácia je nepriamym meradlom expozície na väčšine miest tkaniva.

CNS-riadená terapia môže napríklad produkovať merateľnú plazmatickú koncentráciu pri slabom prechode hematoencefalickou bariérou{1}}. Protilátka alebo iná biologická látka môže vykazovať predĺženú systémovú expozíciu pri nerovnomernej distribúcii medzi orgánmi a cieľovými tkanivami.

To poukazuje na skutočný rozdiel medzisystémová expozíciaavystavenie-stránke{1}}akcie.

PK{0}}založená na zobrazovaní rieši časť tejto priestorovej dimenzie generovaním sériových meraní distribúcie rádioaktívneho indikátora v anatomicky definovaných oblastiach. PET môže napríklad kvantifikovať rádioaktivitu v oblasti záujmu v priebehu času a v závislosti od indikátora a experimentálneho dizajnu oddeliť príjem súvisiaci so špecifickým cieľom od nešpecifickej distribúcie.

Výsledná informácia nie je len ďalším meraním PK v plazme. Ide o dimenziu na úrovni tkaniva-, ktorú možno čítať spolu s konvenčnými analýzami plazmy a tkaniva.

Užitočný spôsob, ako o tom premýšľať, je:

PK v plazme → systémová expozícia

Zobrazovanie PK → priestorová distribúcia a kinetika tkaniva

Cielené zobrazovanie → cieľové-pridružené viazanie alebo zapojenie

Zobrazovanie PD → biologická odpoveď alebo funkčná zmena

Tieto merania sa skôr dopĺňajú ako zamieňajú.

PK{0}}založená na zobrazovaní označuje použitie zobrazovania in vivo na charakterizáciu priestorového a časového správania značenej zlúčeniny, indikátora alebo biologicky relevantnej sondy.

PET je na túto aplikáciu veľmi vhodný, pretože rádioaktívne indikátory možno detegovať pri veľmi nízkych koncentráciách a opakovane ich merať v priebehu času. V závislosti od dizajnu štúdie môžu poskytnúť údaje PETbiodistribúciu celého-telu, tkanivové -špecifické vychytávanie, krivky{1}}časovej aktivity a kinetické parametre.

Materiály platformy molekulárneho zobrazovania vo farmakokinetike, biodistribúcii, zapájaní cieľa a farmakodynamike skupiny translačného výskumu ako vzájomne prepojené aplikácie predklinického zobrazovania. Zdôrazňujú tiež kvantitatívnu, dynamickú povahu PET zobrazovania a jeho kontinuituklinické zobrazovanieprístupy.

Typický pracovný postup zobrazovania PK môže zahŕňať:

• Rádioaktívne označovanie alebo vývoj indikátorov
• Podávanie značenej zlúčeniny
• Dynamická alebo sériová PET akvizícia
• Anatomická lokalizácia pomocou PET/CT alebo PET/MRI
• Definícia oblastí záujmu tkanív a orgánov
• Generovanie časových kriviek-aktivity
• Kinetické modelovanie a kvantitatívna analýza
• Integrácia s plazmatickou PK a tam, kde je to vhodné, ex vivo merania tkaniva

Výber medzi statickým a dynamickým zobrazovaním závisí od vedeckej otázky. Statické skenovanie môže charakterizovať distribúciu tkaniva vo vybraných časových bodoch, zatiaľ čo dynamické zobrazovanie môže ukázať rýchlosť absorpcie tkaniva, retencie a klírensu.

Pre kvantitatívne aplikácie môžu byť potrebné ďalšie informácie, ako sú arteriálne alebo venózne vstupné funkcie, analýza metabolitov, stabilita indikátora a vhodné kompartmentové alebo grafické modelovanie.

Plazmatická PK a zobrazovacia PK sa najlepšie chápu ako dve rôzne, prekrývajúce sa merania.

Tento rozdiel je dôležitý pri interpretácii obrazových údajov.

PET signál by sa nemal automaticky čítať ako koncentrácia intaktného materského liečiva v tkanive. Metabolizmus rádioaktívneho značenia, nešpecifická väzba, aktivita krvi-zásoby, stabilita indikátora a čiastočné{2}}objemové účinky môžu ovplyvniť meraný signál, preto je nevyhnutná vhodná validácia.

V dobre{0}}navrhnutých štúdiách sú zobrazovacie údaje integrované s plazmatickou PK, analýzou rádiometabolitov, ex vivo meraniami tkaniva a farmakologickými testami, a nie sú interpretované izolovane.

K farmakodynamickému hodnoteniu môže prispieť aj zobrazovanie.

Tradičné merania PD zahŕňajú cirkulujúce biomarkery, cytokíny, enzýmovú aktivitu, testy obsadenia receptorov, histopatológiu a funkčné behaviorálne koncové body. Poskytujú dôkaz o biologickej aktivite, ale nemusia vždy ukázať, kde sa odozva vyskytuje.

Zobrazovacia farmakodynamika alebo PD založená na zobrazovaní -používa molekulárne alebo fyziologické zobrazovacie biomarkery na charakterizáciu zmien spojených s účinkom liečiva in vivo.

V závislosti od terapeutického mechanizmu môže zobrazovanie PD zahŕňať:

• obsadenie receptora alebo zapojenie cieľa;
• zmeny v aktivite molekulárnej dráhy;
• zmeny v perfúzii alebo metabolizme tkaniva;
• zmeny v zápalovej aktivite;
• štrukturálne alebo funkčné zmeny-súvisiace s ochorením;
• pozdĺžne zmeny v charakteristikách lézie alebo orgánov.

Výsledkom je translačná sekvencia, ktorá spája expozíciu s farmakologickým účinkom:

Dávka → Expozícia v plazme → Distribúcia v tkanivách → Cieľové zapojenie → Biologická odozva

Pozorovanie niekoľkých štádií tejto sekvencie u toho istého zvieraťa je obzvlášť užitočné v štúdiách NHP.

PET je najužitočnejší, keď skúmaná molekula alebo farmakologicky relevantný ligand môžu byť rádioaktívne označené bez podstatnej zmeny ich biologického správania.

Bežné rádionuklidy zahŕňajú¹⁸F, ¹¹C, ⁶⁴Cu a⁸⁹Zr, s výberom izotopov v závislosti od veľkosti molekuly, biologického polčasu-premeny, zobrazovacieho okna a chémie označovania. Referenčné materiály pre molekulárne zobrazovanie opisujú použitie rôznych PET rádionuklidov pre malé molekuly, peptidy, proteíny, protilátky a bunky.

V prípade krátkotrvajúcich -malých{1}}značovačov molekúl môže byť dynamický PET vykonaný v priebehu niekoľkých minút až niekoľkých hodín. V prípade väčších biologických látok, ako sú protilátky, dlhšie-rádionuklidy, ako napr⁸⁹Zr môže podporovať zobrazovanie počas niekoľkých dní.

Táto flexibilita je dôležitá pre vývoj liekov NHP, pretože rôzne terapeutické modality majú podstatne odlišné profily distribúcie a klírensu.

Cieľová-špecifická PET ponúka informácie nad rámec pasívnej biodistribúcie. Ak sa indikátor viaže selektívne na receptor, transportér, enzým alebo iný molekulárny cieľ, absorpcia tkaniva môže súvisieť s množstvom alebo väzbou cieľa.

Kvantitatívne kinetické prístupy môžu ďalej zlepšiť interpretáciu.

Reprezentatívnym príkladom NHP je kvantitatívna PET štúdia súboru CD4 u makakov rhesus. Vyšetrovatelia použili^89Zr-označené anti-CD4 sondy a vykonali sa statické zobrazenie u 18 zvierat, zatiaľ čo podskupina podstúpila dynamický PET s odberom vzoriek tepien, hodnotením metabolitov a kinetickým modelovaním. Štúdia preukázala špecifické vychytávanie v lymfatických uzlinách a slezine a použila kvantitatívnu kinetickú analýzu na odhad väzbového potenciálu CD4 receptora.

Príklad ilustruje kľúčový princíp: zobrazovanie sa môže posunúť za hranice vizuálnej biodistribúcie smerom ku kvantitatívnemu hodnoteniu tkanivových -špecifických biologických interakcií.

MRI a PET poskytujú rôzne typy informácií.

PET sa používa na molekulárne a funkčné informácie, zatiaľ čo magnetická rezonancia poskytuje anatomickú a tkanivovú charakteristiku-s vysokým rozlíšením. Kombinácia týchto dvoch modalít môže zlepšiť priestorovú interpretáciu nálezov molekulárneho zobrazovania.

Vo výskume NHP môže MRI podporovať:

• anatomická lokalizácia PET nálezov;
• objemové a štrukturálne merania;
• charakterizácia tkaniva;
• merania perfúzie a difúzie;
• pozdĺžne hodnotenie progresie ochorenia;
• image-riadené doručenie a potvrdenie miestnej distribúcie.

Platforma klinického zobrazovania spoločnosti Prisys zahŕňa MRI, CT, PET-CT a DSA, pričom aplikácie MRI zahŕňajú perfúziu mozgu, zobrazovanie súvisiace s difúziou-a ďalšie pokročilé post{2}}spracovanie.

V štúdiách dodávania liečiv do CNS hrá MRI inú úlohu ako konvenčné zobrazovanie PK. Napríklad počas procedúr podávania riadených MRI- môže kontrastná látka slúžiť ako náhradný marker na vizualizáciu distribúcie infúzneho terapeutického prípravku. To ukazuje skôr priestorové pokrytie infúzie než priame meranie koncentrácie samotnej terapeutickej molekuly.

Tento rozdiel je dôležitý pri navrhovaní a interpretácii{0}}štúdií založených na zobrazovaní.

Primáty (okrem človeka) sú užitočným prechodným modelom pre translačnú farmakológiu založenú na zobrazovaní-, pretože umožňujú hodnotiť systémovú PK, molekulárne zobrazovanie, anatomické zobrazovanie a funkčné koncové body v rámci veľkého-systému zvierat.

Toto je najdôležitejšie pre terapie CNS, biologické a iné modality, kde anatomický rozsah, vaskulárna organizácia, dostupnosť tkaniva a molekulárna distribúcia cieľov môžu ovplyvniť klinickú transláciu.

Kombinácia modelov NHP so zobrazovaním podporuje aj longitudinálne hodnotenie. Namiesto toho, aby sa výskumníci spoliehali výlučne na terminálny odber tkaniva, môžu získať sériové zobrazovacie údaje od rovnakých zvierat vo vopred definovaných štádiách expozície lieku alebo progresie ochorenia.

Tento pozdĺžny dizajn môže znížiť závislosť na prierezových{0} porovnaniach a poskytnúť priamejší pohľad na zmeny v priebehu času.

Zobrazovanie NHP by sa však nemalo považovať za náhradu za konvenčnú analýzu PK alebo tkaniva. Najinformatívnejšie návrhy štúdií zahŕňajú zobrazovanie s PK plazmy, odber vzoriek tkaniva, ak je to vhodné, analýzu biomarkerov a farmakologické koncové body.

PK/PD založená na zobrazovaní{0} môže prispieť k niekoľkým štádiám vývoja translačných liekov.

Počas optimalizácie elektród môže zobrazovanie pomôcť porovnať kandidátske molekuly podľa distribúcie tkaniva alebo cieľovej lokalizácie.

Počas predklinických štúdií-{1}}koncepčných štúdií môže molekulárne zobrazovanie ukázať, že biologický cieľ je prítomný, dostupný a modulovaný liečbou.

Pri programoch CNS môže zobrazovanie pomôcť vyhodnotiť, či systémové podávanie vedie k merateľnej expozícii v príslušných oblastiach mozgu. V prípade cielených biologických látok môže imuno-PET pomôcť charakterizovať tkanivovú distribúciu a cielené{2}}vychytávanie.

V prípade programov bunkovej a génovej terapie môže zobrazovanie podporovať štúdie sledovania alebo distribúcie, ak je k dispozícii vhodná stratégia označovania.

Rámec molekulárneho zobrazovania umiestňuje biodistribúciu, farmakokinetiku, zapojenie cieľa, farmakodynamiku, účinnosť a bezpečnosť do pracovného postupu predklinického zobrazovania so zodpovedajúcimi aplikáciami siahajúcimi do klinického vývoja, ako je výber dávky, dôkaz mechanizmu, výber pacienta a monitorovanie odozvy.

Hodnota zobrazovania nespočíva v tom, že nahrádza existujúce merania PK/PD, ale v tom, že spája merania, ktoré sa inak priestorovo ťažko spájajú.

Pred interpretáciou{0}}expozícií odvodených zo zobrazenia alebo údajov o PD by sa malo zvážiť niekoľko metodologických faktorov.

Po prvé, rádioaktívne značená zlúčenina by si mala zachovať farmakologické správanie dostatočne podobné neznačenej materskej zlúčenine. Rádioaktívne značenie by nemalo podstatne meniť afinitu, molekulárnu stabilitu alebo distribúciu.

Po druhé, mal by sa charakterizovať metabolizmus indikátora. PET signál môže odrážať materskú zlúčeninu, rádioaktívne značené metabolity, nešpecifickú retenciu alebo kombináciu týchto zložiek.

Po tretie, kvantitatívna analýza by mala zodpovedať biologickej otázke. SUV môže poskytnúť praktické semi{1}}kvantitatívne meranie, ale ak je cieľom odhadnúť väzbu na receptor alebo odlíšiť špecifické vychytávanie od nešpecifického, môže byť potrebné dôkladnejšie kinetické modelovanie.

Po štvrté, zobrazovanie by sa malo v ideálnom prípade interpretovať spolu s konvenčnými farmakokinetickými a farmakologickými údajmi. Plazmatická koncentrácia, stabilita rádioaktívneho indikátora, analýza tkaniva ex vivo, receptorové testy a funkčné biomarkery môžu poskytnúť základnú validáciu.

Napokon, anatomická ko{0}}registrácia je obzvlášť dôležitá v malých alebo heterogénnych štruktúrach. Nálezy PET bez presnej anatomickej lokalizácie môžu byť ťažko interpretovateľné, najmä v štúdiách CNS.

V spoločnosti Prisys je molekulárne zobrazovanie začlenené do širšieho translačného výskumu NHP a nie je považované za izolovaný koncový bod zobrazovania. Centrum pre translačný výskum kombinuje modely chorôb NHP s klinickými -ekvivalentnými zobrazovacími metódami, hodnotením PK/PD, analýzou biomarkerov, patológiou a inými farmakologickými koncovými bodmi.

Zobrazovacia infraštruktúra zahŕňa PET{0}}CT spolu s MRI, CT a DSA, čo umožňuje vyhodnotenie molekulárnych, anatomických a fyziologických nálezov v rámci rovnakého rámca translačného výskumu.

V závislosti od cieľa štúdie môže integrovaný dizajn kombinovať:

PK v plazme + biodistribúcia PET + cieľové-špecifické zobrazovanie + anatomické hodnotenie MRI/CT + farmakodynamické biomarkery

Táto integrácia je najdôležitejšia, keď ústrednou otázkou vývoja nie je len to, či liek vstupuje do obehu, ale či sa dostane do zamýšľaného tkaniva, interaguje s príslušným biologickým cieľom a či produkuje merateľnú farmakologickú odpoveď.

Rastúce používaniemolekulárne zobrazovanie vo výskume NHPsleduje posun smerom k priestorovo rozlíšenej, pozdĺžnej farmakológii.

Konvenčná PK zostáva nevyhnutná na definovanie systémovej expozície. Zobrazovanie pridáva druhú dimenziu, ktorá ukazuje, kde sa nachádza signál s indikátorom alebo liekom{1}} a ako sa mení v priebehu času. Cieľové-špecifické molekulárne zobrazovanie môže spájať distribúciu tkaniva s dostupnosťou receptora alebo zapájaním cieľa, zatiaľ čo funkčné zobrazovanie ponúka ďalší dôkaz farmakodynamického účinku.

Smerom nie je zobrazovanie nahrádzajúce konvenčnú PK/PD, ale integrovanejší rámec, v ktorom sa systémová expozícia, distribúcia tkaniva, zapojenie molekulárneho cieľa a funkčná odpoveď čítajú spoločne.

Pri vývoji translačných liekov je tento prístup najdôležitejší pri terapiách, pri ktorých je ťažké určiť vzťah medzi expozíciou v plazme a expozíciou v mieste--účinku pomocou samotného konvenčného odberu vzoriek.

PK/PD založená na zobrazovaní{0}} poskytuje priestorový a pozdĺžny rozmer, ktorý dopĺňa konvenčné farmakokinetické a farmakodynamické merania.

PET môže charakterizovať-biodistribúciu celého tela a kinetiku tkaniva, zatiaľ čo cieľové-špecifické značkovače môžu objasniť molekulárnu väzbu alebo zapojenie cieľa. MRI a iné anatomické zobrazovacie modality poskytujú štrukturálny kontext potrebný na interpretáciu týchto molekulárnych signálov.

V štúdiách NHP poskytuje integrácia zobrazovania s plazmatickou PK, biomarkermi, analýzou tkaniva a funkčnými koncovými bodmi úplnejšiu charakterizáciu vzťahu expozícia – cieľ – odozva.

Ústredným princípom nie je to, že zobrazovanie nahrádza PK-založenú na krvi. skôrPK v plazme opisuje systémovú expozíciu, zatiaľ čo zobrazovanie môže pomôcť určiť, ako sa táto expozícia premietne do tkanivovej distribúcie a špecifickej{0}}farmakológie. Tento rozdiel je čoraz dôležitejší pre terapie CNS, biologické lieky, cielené terapeutiká a iné spôsoby, pri ktorých expozíciu tkaniva nemožno spoľahlivo odvodiť zo samotných cirkulujúcich koncentrácií.

Kontaktujte Prisys Biotech

Odporúčané čítanie

Molekulárne zobrazovanie v modeloch NHP pre vývoj translačných liekov - Novinky - Prisys

Kvantitatívne cieľové zapojenie PET do NHP pre lieky CNS

Zobrazovanie biodistribúcie PET u primátov (okrem človeka).

Molekulárne zobrazovacie biomarkery: Pokračovanie translačného výskumu a vývoja liekov

Prečo je molekulárne zobrazovanie NHP rozhodujúce pre translačné PET štúdie

Čo je molekulárne zobrazovanie a prečo je dôležité pri vývoji liekov?

Štúdie biodistribúcie rádionuklidov NHP: Molekulárne zobrazovanie pre vývoj translačných liečiv