تحویل بینی-به-مغز در NHP: مطالعه موردی SPECT 125I

راسد خونی-مغزی(BBB) ​​یکی از محدودیت‌های اصلی در توسعه داروی سیستم عصبی مرکزی (CNS) است. ورود بسیاری از مولکول های کوچک و بیشتر بیولوژیک ها به پارانشیم مغز را محدود می کند. داخل بینی یازایمان از بینی-به-مغزبنابراین مورد توجه قرار گرفته است زیرا حفره بینی از طریق مسیرهای بویایی و سه قلو به طور آناتومیک به CNS متصل است. این مسیرها ممکن است دسترسی به مغز را فراهم کنند که تنها با گردش خون سیستمیک توضیح داده نمی شود.

چالش علمی صرفاً انتخاب مسیر داخل بینی نیست. این برای نشان دادن این است که مواد تجویز شده به کجا می رود، چه مقدار سیگنال با مغز مرتبط است، چگونه آن سیگنال در طول زمان تغییر می کند، و اینکه آیا مشاهدات به جای برچسب یا متابولیت جدا شده، مقاله آزمایشی دست نخورده را منعکس می کند یا خیر. فارماکوکینتیک پلاسما (PK) نمی تواند به این سوالات پاسخ دهد.نمونه برداری مایع مغزی نخاعی (CSF).اطلاعات را از یک محفظه محدود و تعداد محدودی از نقاط زمانی ارائه می دهد. تجزیه و تحلیل مغز پایانه اندازه گیری مستقیم بافت را فراهم می کند، اما هر حیوان به طور کلی یک مشاهده نهایی را انجام می دهد.

رادیویی نشاندار شده استتصویربرداری مولکولیراه تکمیلی برای پاسخ به این سؤالات در نخستی‌های غیر انسانی (NHP) ارائه می‌کند. با ترکیب یک مقاله آزمایشی دارای برچسب رادیویی با سریال SPECT/CT، محققین می‌توانند سیگنال‌های مرتبط با ردیاب{2}}را در مغز و در سراسر بدن در همان حیوان در طول زمان دنبال کنند. این مقاله یک مورد پپتید نشاندار شده با ید 125 ارائه شده در طول این مقاله را مورد بحث قرار می دهدوبینار تصویربرداری مولکولی Prisys Biotechو توضیح می دهد که طرح مطالعه می تواند و چه چیزی را نمی تواند نشان دهد.

چرا PK پلاسما برای ارزیابی تحویل CNS کافی نیست؟

قرار گرفتن در معرض سیستمیک معادل قرار گرفتن در معرض مغز نیست. یک ترکیب ممکن است غلظت های قابل اندازه گیری یا حتی قابل توجهی در پلاسما تولید کند در حالی که تنها به غلظت های محدودی در مغز می رسد. تفسیر این رابطه به ویژه پس از تجویز داخل بینی دشوار است، زیرا ماده تجویز شده ممکن است در حفره بینی باقی بماند، در مجرای تنفسی پاک شود، به صورت سیستمیک جذب شود یا از طریق مسیرهای آناتومیکی موضعی به سمت CNS منتقل شود.

نمونه برداری CSF اطلاعات مفیدی را اضافه می کند، اما CSF جایگزین مستقیمی برای هر بخش مغز نیست. نمونه برداری تهاجمی است، نقاط زمانی پراکنده را فراهم می کند، و ممکن است نشان دهنده قرار گرفتن در معرض پارانشیم منطقه ای نباشد. تجزیه و تحلیل بافت انتهایی مغز مستقیم‌تر است، اما یک منحنی حفظ طولی به حیوانات جداگانه برای هر نقطه زمانی پایانی نیاز دارد. این تعداد حیوانات مورد نیاز را افزایش می‌دهد و دوره زمانی را به تنوع بین-موضوع وابسته‌تر می‌کند.

نه PK پلاسما و نه یک اندازه گیری ترمینال منفرد تصویر فضایی کاملی را ارائه نمی دهند. برای یک برنامه CNS داخل بینی، محققین ممکن است نیاز داشته باشند که بدانند آیا مقاله آزمایشی در حفره بینی باقی می‌ماند، به راه‌های هوایی تحتانی می‌رسد، به سایر اندام‌ها توزیع می‌شود یا یک الگوی منطقه‌ای در مغز نشان می‌دهد. اینها به همان اندازه که سؤالات تمرکز هستند، سؤالات توزیع هستند.

چگونه SPECT نشاندار رادیویی از بینی-تا-ارزیابی مغز پشتیبانی می‌کند

یک مطالعه تصویربرداری مولکولی با انتخاب یک رادیونوکلئید و یک استراتژی برچسب‌گذاری که متناسب با مقاله آزمایشی و دوره زمانی بیولوژیکی مورد انتظار باشد، آغاز می‌شود. در مورد وبینار، پپتید با ید{3}}125 (125I) نشاندار شد، یک رادیونوکلئید با نیمه عمر فیزیکی تقریباً 59.4 روز. نیمه عمر فیزیکی نسبتاً طولانی-ش با مشاهدات متوالی در طول چند ساعت تا چند روز سازگار است، که زمانی مرتبط است که احتباس مغز ممکن است فراتر از پنجره تصویربرداری کوتاه پرتوزای پرتوزای PET کوتاه مدت باشد.

مواد برچسب گذاری شده در سطح ردیاب تجویز می شود. این نوع طراحی میکرودوز برای ارائه یک سیگنال تصویربرداری قابل تشخیص و در عین حال به حداقل رساندن اغتشاش دارویی توسط مواد برچسب‌گذاری شده در نظر گرفته شده است. این به خودی خود ثابت نمی کند که آماده سازی دارای برچسب مشابه با داروی درمانی بدون برچسب رفتار می کند. این سوال به محل برچسب گذاری، فعالیت خاص، خلوص رادیوشیمیایی، فرمولاسیون و حفظ خواص بیولوژیکی مولکول مادر بستگی دارد.

SPECT/CT اطلاعات مولکولی مشتق شده از رادیونوکلئید را با ثبت مشترک تشریحی ترکیب می کند. از اسکن های سریال می توان برای ارزیابی موارد زیر استفاده کرد:

• آیا سیگنال مرتبط با مغز بعد از تزریق داخل بینی قابل تشخیص است یا خیر.
• توزیع تشریحی سیگنال در مناطق CNS تصویربرداری شده.
• تغییر در سیگنال مرتبط با مغز در طول زمان؛ و
• وضعیت همزمان در حفره بینی، راه های هوایی، ریه ها و سایر اندام های داخل میدان دید.

اندازه‌گیری‌های حاصل به بهترین شکل به‌عنوان سیگنال مرتبط با ردیاب یا توزیع مواد با برچسب رادیویی{1} تفسیر می‌شوند. آنها نباید به‌طور خودکار به‌عنوان غلظت اولیه داروی سالم توصیف شوند، مگر اینکه ثبات برچسب و تجزیه و تحلیل زیستی خارج از بدن از این تفسیر پشتیبانی کند.

مطالعه موردی: SPECT سریال 125 بعد از تجویز پپتید داخل بینی در NHPs

این مورد توسط قابلیت‌های تحقیقاتی ترجمه‌ای NHP Prisys Biotech و قابلیت‌های رادیوشیمی و تصویربرداری مولکولی انجام شد. در این مطالعه از یک پپتید نشاندار شده با ید 125 استفاده شد که به صورت داخل بینی به NHPها تزریق شد.

تصویربرداری سریال SPECT در 1، 24، 48، 72 و 96 ساعت پس از تجویز انجام شد. توالی تصویربرداری برای بررسی وجود و توزیع سیگنال نشاندار رادیویی مرتبط با مغز در یک دوره چند روزه به جای تکیه بر یک اندازه گیری پایانه منفرد طراحی شده است.

این پرونده سه نوع اطلاعات مرتبط را ارائه کرد. ابتدا، سیگنال مرتبط با مغز پس از دوز داخل بینی مشاهده شد که از تحقیقات بیشتر در مورد زایمان CNS پشتیبانی می کند. دوم، توزیع سیگنال را می‌توان در سراسر مناطق آناتومیک مغز ارزیابی کرد، نه اینکه به‌عنوان یک مقدار کل- مغز در نظر گرفته شود. سوم، اسکن‌های سریال نشان داد که چگونه سیگنال مرتبط با مغز در طول دوره مشاهده ۹۶ ساعته، از جمله حفظ سیگنال قابل تشخیص برای حداقل ۷۲ ساعت همانطور که در وبینار ارائه شد، تغییر کرد.

همین خریدها همچنین اطلاعاتی را در خارج از CNS ارائه کردند. سیگنال در ناحیه بینی، گونه، مجرای برونش و ریه ارزیابی شد. این مهم است زیرا رسوب موضعی و پاکسازی تنفسی می‌تواند بر کسری از دوز داخل بینی که برای انتقال احتمالی بینی-به مغز در دسترس باقی می‌ماند، تأثیر بگذارد. بنابراین، یک طرح تصویربرداری که هم مربوط به CNS و هم وضعیت تنفسی را بررسی می‌کند، می‌تواند به محققان کمک کند مسیر زایمان را به‌جای تمرکز بر تصویر نهایی مغز به‌عنوان یک کل تفسیر کنند.

آنچه طرح مطالعه می تواند پاسخ دهد

1. آیا سیگنال مرتبط با مغز بعد از تزریق داخل بینی قابل تشخیص است؟

Serial SPECT شواهدی را در داخل بدن ارائه می کند که مواد نشاندار شده رادیویی در ناحیه تصویربرداری شده مغز پس از تجویز وجود دارد. این قوی تر از استنباط تحویل CNS از قرار گرفتن در معرض پلاسما به تنهایی است. نتیجه هنوز باید دقیقاً توصیف شود: تصویربرداری سیگنال ردیاب مرتبط با مغز را نشان می‌دهد، اما به خودی خود مسیر انتقال دقیق را ثابت نمی‌کند یا اینکه پپتید دست‌نخورده وارد یک نوع سلول مغزی خاص شده است.

2. سیگنال کجا جمع می شود؟

SPECT/CT اطلاعات مکانی را در سطحی که با روش، کیفیت ثبت، روش بازسازی، و وضوح{0}}مطالعه مجاز است، ارائه می‌کند. تجزیه و تحلیل منطقه ای می تواند نشان دهد که آیا سیگنال در مناطق تشریحی خاصی متمرکز است یا خیر. این برای برنامه‌های CNS که در آنها میانگین کل مغز می‌تواند تفاوت‌های منطقه‌ای در مواجهه یا احتباس را پنهان کند، مهم است.

3. سیگنال مرتبط با مغز چگونه در طول زمان تغییر می‌کند؟

توالی 1- تا 96-ساعتی یک دوره زمانی درون موضوعی را ارائه می دهد. محققین می‌توانند زمان رسیدن به بالاترین سیگنال مشاهده‌شده، ماندگاری در پنجره مشاهده و شستشوی آشکار را بررسی کنند. این مشاهدات حاصل از تصویربرداری را می‌توان در کنار PK پلاسما، داده‌های CSF، نقاط پایانی فارماکودینامیک و اندازه‌گیری‌های بافت خارج از بدن در نظر گرفت.

4. باقیمانده دوز کجا می رود؟

تصویربرداری میدانی کامل-یا گسترده-می‌تواند توزیع همزمان را در خارج از مغز نشان دهد. برای دوز داخل بینی، حفره بینی و دستگاه تنفسی اهمیت ویژه ای دارند. توزیع اندام های محیطی همچنین می تواند به شناسایی الگوهای مواجهه ای که ممکن است با ایمنی، ترخیص کالا از گمرک یا تفسیر بخش ظاهری تحویل CNS مرتبط باشد، کمک کند.

5. آیا مطالعه می تواند وابستگی به نمونه گیری پایانی را کاهش دهد؟

تصویربرداری سریال امکان مشاهده مکرر در یک موضوع را فراهم می کند، که ممکن است نیاز به اختصاص گروه های پایانی جداگانه به هر نقطه زمانی را کاهش دهد. میزان هر گونه کاهش به اهداف مطالعه، طرح اعتبار سنجی، تعداد حیوانات، برنامه تصویربرداری و نیاز به تایید مستقیم خارج از بدن بستگی دارد. بنابراین تصویربرداری مولکولی باید به‌عنوان راهی برای بهبود اطلاعات به‌دست‌آمده از یک مطالعه حیوانی در نظر گرفته شود، نه به‌عنوان جایگزینی خودکار برای آنالیز پایانی.

آنچه تصویربرداری به خودی خود ایجاد نمی کند

اولین محدودیت وضوح فضایی و سلولی است. SPECT/CT می تواند سیگنال نشاندار شده رادیویی را در نواحی تشریحی محلی کند، اما نمی تواند تعیین کند که آیا این ماده در داخل نورون ها، سلول های گلیال، بخش های عروقی یا فضای خارج سلولی قرار دارد یا خیر. محلی سازی سلولی و درون سلولی به روش هایی مانند اتورادیوگرافی، بافت شناسی، ایمونوهیستوشیمی یا سایر سنجش های پایانی نیاز دارد.

محدودیت دوم مربوط به هویت مولکولی است. دوربین واپاشی رادیواکتیو از ایزوتوپ را تشخیص می دهد. اگر برچسب در داخل بدن منتشر شود، پپتید دست نخورده را از یک متابولیت نشاندار شده رادیویی یا ید آزاد متمایز نمی کند. بنابراین پایداری برچسب باید قبل و در حین مطالعه در صورت لزوم ارزیابی شود. نقاط زمانی ترمینال انتخابی را می توان با تجزیه و تحلیل زیستی ex vivo جفت کرد تا مشخص شود سیگنال تصویربرداری تا چه حد مقاله آزمایش والد را نشان می دهد.

محدودیت سوم انتساب مسیر است. سیگنال مرتبط با مغز بعد از دوز داخل بینی با زایمان CNS سازگار است، اما SPECT به تنهایی نمی تواند بطور قطعی انتقال مستقیم بینی به مغز را از جذب سیستمیک و به دنبال آن عبور BBB بعدی یا ترکیبی از مسیرها تشخیص دهد. نتیجه‌گیری‌های خاص مسیر{5}}نیازمند ادغام با طراحی مطالعه، داده‌های فرمولاسیون، PK پلاسما و بافت، اندازه‌گیری CSF در صورت لزوم و کنترل‌های مربوطه است.

این محدودیت ها ارزش تصویربرداری را کاهش نمی دهد. آنها نحوه استفاده از داده ها را تعریف می کنند. تصویربرداری سریال می‌تواند مناطق و نقاط زمانی را که مستلزم بررسی دقیق ترمینال هستند، شناسایی کند، و به کار ex vivo اجازه می‌دهد به جای توزیع در یک دوره زمانی دلخواه، بر روی سؤالات خاص متمرکز شود.

چرا NHP ها برای بینی-به-رشد مغز مرتبط هستند

جوندگان برای غربالگری فرمولاسیون، مطالعات مکانیسم، و اثبات اولیه-کار مفهومی مفید هستند. با این حال، آناتومی بینی و فیزیولوژی تنفسی جوندگان با انسان ها متفاوت است. جوندگان تنفس اجباری از بینی هستند و اپیتلیوم بویایی بخش بزرگتری از حفره بینی را اشغال می کند. این ویژگی‌ها ممکن است بر رسوب‌گذاری تأثیر بگذارند و ممکن است منجر به مشارکت ظاهری بالاتری از حمل و نقل بویایی نسبت به انسان شود.

NHP ها زمینه تشریحی و فیزیولوژیکی نزدیک تری را برای سؤالات ترجمه ای منتخب از جمله هندسه حفره بینی، سازماندهی راه هوایی، الگوی تنفس، آناتومی CNS و سازگاری با تصویربرداری معادل بالینی فراهم می کنند. داده های NHP عدم قطعیت در ترجمه انسانی را از بین نمی برند و نباید به عنوان پیش بینی مستقیم مواجهه بالینی تفسیر شوند. ارزش آنها این است که اجازه می دهند مسیر، توزیع منطقه ای، حفظ و وضعیت سیستمیک در مدلی با ارتباط بیشتر با آناتومی انسان نسبت به مطالعات استاندارد جوندگان برای برخی از سؤالات زایمان ارزیابی شود.

انتخاب گونه ها باید بر اساس مسئله توسعه باشد. یک مطالعه NHP زمانی بسیار آموزنده است که برای حل تصمیمی طراحی شده باشد که نمی تواند به اندازه کافی در شرایط آزمایشگاهی یا در جوندگان به آن پرداخته شود، مانند انتخاب فرمولاسیون، قرار گرفتن در معرض CNS منطقه ای، ارزیابی دستگاه تحویل{1} یا رابطه بین رسوب محلی و قرار گرفتن در معرض سیستمیک.

ادغام تصویربرداری با PK، بیوآنالیز، و فارماکولوژی

تصویربرداری مولکولی زمانی بسیار مفید است که به عنوان یکی از اجزای مجموعه داده ترجمه ای یکپارچه برنامه ریزی شود. یک مطالعه بین-به-مغز ممکن است SPECT/CT سریال را با پلاسما PK، نمونه‌گیری CSF، ارزیابی‌های بینی و تنفسی، تجزیه و تحلیل زیستی بافت، اندازه‌گیری نشانگرهای زیستی و نقاط پایانی فارماکودینامیک ترکیب کند.

این ادغام امکان مقایسه چندین لایه شواهد را فراهم می کند:

• مواجهه سیستمیک:غلظت پلاسما، قرار گرفتن در معرض، و کلیرانس.
• قرار گرفتن در معرض فضایی:توزیع ناحیه‌ای مغز و اندام‌های محیطی{0}}مواد نشاندار شده رادیویی؛
• قرار گرفتن در معرض زمانی:تغییر در سیگنال از دوره اولیه پس از مصرف{0}}از طریق احتباس یا شستشوی بعدی.
• هویت مولکولی:نسبت سیگنال قابل انتساب به مواد اصلی دست نخورده یا متابولیت های مربوطه؛ و
• اثر بیولوژیکی: تعامل هدف، پاسخ نشانگر زیستی یا فارماکولوژی عملکردی.

هیچ لایه ای برای هر برنامه کافی نیست. تفسیر ترجمه زمانی قوی تر می شود که سیگنال تصویربرداری به مقاله تست اندازه گیری شده، مکانیسم مورد انتظار و پاسخ بیولوژیکی مرتبط با فرضیه درمانی مرتبط شود.

نقش Prisys Biotech در NHP Nose-به-مطالعات تصویربرداری مغز

Prisys Biotech مطالعات ترجمه‌ای NHP را انجام می‌دهد که می‌تواند دوز داخل بینی، تصویربرداری مولکولی سریال، PK/PD، تجزیه و تحلیل نشانگرهای زیستی، و ارزیابی‌های بافتی تکمیلی را شامل شود. گردش کار می‌تواند شامل انتخاب رادیونوکلئید، برچسب‌گذاری رادیویی، آماده‌سازی و خالص‌سازی برچسب‌گذاری، کنترل کیفیت، SPECT/CT یا PET/CT حیوان بزرگ، و تجزیه و تحلیل کمی تصویر باشد.

مواد وبینار روندهای کاری برچسب‌گذاری و تصویربرداری را توصیف می‌کنند که برای مولکول‌های کوچک، پپتیدها، پروتئین‌ها، ماکرومولکول‌ها، نانومواد و آنتی‌بادی‌ها قابل اعمال است. رادیونوکلئید و روش مناسب به مقاله آزمایشی، شیمی برچسب‌گذاری، سینتیک مورد انتظار، پنجره مشاهدات مورد نیاز، حساسیت و اهداف مطالعه بستگی دارد. این پارامترها باید در طول طراحی مطالعه ایجاد شوند نه اینکه صرفاً بر اساس در دسترس بودن ابزار انتخاب شوند.

برای برنامه‌های بین-به-مغز، هدف عملی اتصال روش تحویل با یک بسته شواهد قابل دفاع است: جایی که ماده شناسایی می‌شود، چگونه توزیع آن در طول زمان تغییر می‌کند، چه نسبتی از سیگنال را می‌توان به مولکول اصلی نسبت داد، و اینکه آیا قرار گرفتن در معرض با اثر دارویی مرتبط است.

نتیجه گیری

Serial 125I SPECT راهی برای ارزیابی توزیع سیستمی-مرتبط و تنفسی{2}} مغزی پس از تجویز پپتید داخل بینی در NHP ها ارائه می دهد. در مورد وبینار، اسکن‌های 1، 24، 48، 72 و 96 ساعت نشان دادند که چگونه یک مدیریت سطح{9}}ردیاب می‌تواند اطلاعات طولی و مکانی، از جمله سیگنال‌های مرتبط با مغز{10}}قابل تشخیص برای حداقل 72 ساعت، همانطور که توسط تیم مطالعه ارائه شد، تولید کند.

این روش به طور مستقل مکانیسم انتقال دقیق بینی، مکانیسم سلولی، یا غلظت دست نخورده- بینی را ثابت نمی کند. این سوالات به کنترل‌های تکمیلی، ارزیابی پایداری برچسب، تجزیه و تحلیل زیستی، و در صورت لزوم، روش‌های بافت انتهایی نیاز دارند. ارزش آن در افزودن یک نمای in vivo مکرر از توزیع و نگهداری به چارچوب متداول PK و{6}}تحلیل بافت نهفته است.

برای توسعه داروی CNS، آموزنده ترین طراحی معمولاً تصویربرداری به جای بیوانالیز نیست. این تصویربرداری همراه با آنالیز زیستی، فارماکولوژی و نقاط پایانی مناسب ترجمه است. این ترکیب می تواند از تصمیمات دقیق تری در مورد فرمولاسیون، دوز، قرار گرفتن در معرض CNS منطقه ای، حفظ و مرحله بعدی توسعه غیر بالینی حمایت کند.