Entrega do nariz-ao{1}}cérebro em NHPs: estudo de caso 125I SPECT

Obarreira hematoencefálica-(BBB) ​​é uma das principais restrições no desenvolvimento de medicamentos para o sistema nervoso central (SNC). Limita a entrada de muitas moléculas pequenas e da maioria dos produtos biológicos no parênquima cerebral. Intranasal ouentrega-do nariz ao{1}}cérebroportanto, atraiu interesse porque a cavidade nasal está anatomicamente conectada ao SNC através das vias olfatória e trigeminal. Estas vias podem fornecer acesso ao cérebro que não é explicado apenas pela circulação sistémica.

O desafio científico não é simplesmente selecionar uma via intranasal. É para demonstrar para onde vai o material administrado, quanto sinal está associado ao cérebro, como esse sinal muda ao longo do tempo e se a observação reflete o artigo de teste intacto em vez de um rótulo ou metabólito destacado. A farmacocinética plasmática (PK) não pode responder a estas questões.Amostragem de líquido cefalorraquidiano (LCR)fornece informações de um compartimento limitado e de um número limitado de pontos no tempo. A análise cerebral terminal fornece medições diretas do tecido, mas cada animal geralmente contribui com uma observação terminal.

Radiomarcadoimagem molecularfornece uma maneira complementar de abordar essas questões em primatas não{0}}humanos (NHPs). Ao combinar um artigo de teste radiomarcado com SPECT/CT serial, os investigadores podem acompanhar o sinal-associado ao traçador no cérebro e em todo o corpo do mesmo animal ao longo do tempo. Este artigo discute um caso de peptídeo marcado com iodo-125 apresentado durante oWebinar de imagem molecular da Prisys Bioteche explica o que o desenho do estudo pode ou não demonstrar.

Por que o Plasma PK não é suficiente para avaliar a distribuição do SNC

A exposição sistémica não é equivalente à exposição cerebral. Um composto pode produzir concentrações plasmáticas mensuráveis ​​ou mesmo substanciais, atingindo apenas concentrações limitadas no cérebro. A relação é particularmente difícil de interpretar após a administração intranasal, porque o material administrado pode ser retido na cavidade nasal, eliminado no trato respiratório, absorvido sistemicamente ou transportado para o SNC através de vias anatômicas locais.

A amostragem do LCR acrescenta informações úteis, mas o LCR não é um substituto direto para todos os compartimentos cerebrais. A amostragem é invasiva, fornece momentos esparsos e pode não representar exposição parenquimatosa regional. A análise do tecido cerebral terminal é mais direta, mas uma curva de retenção longitudinal requer animais separados para cada ponto de tempo terminal. Isso aumenta o número de animais necessários e torna o decorrer do tempo mais dependente da variabilidade entre-sujeitos.

Nem a PK do plasma nem uma única medição terminal fornecem uma imagem espacial completa. Para um programa intranasal do SNC, os investigadores também podem precisar saber se o artigo de teste permanece na cavidade nasal, atinge as vias aéreas inferiores, se distribui para outros órgãos ou mostra um padrão regional dentro do cérebro. Estas são questões de distribuição tanto quanto de concentração.

Como o SPECT radiomarcado auxilia na avaliação do nariz-ao{1}cérebro

Um estudo de imagem molecular começa com a seleção de um radionuclídeo e uma estratégia de rotulagem que se ajusta ao artigo de teste e ao curso de tempo biológico esperado. No caso do webinar, o peptídeo foi marcado com iodo-125 (125I), um radionuclídeo com meia-vida física-de aproximadamente 59,4 dias. Sua meia-vida física relativamente longa-é compatível com observações seriadas durante horas ou dias, o que é relevante quando a retenção cerebral pode se estender além da curta janela de imagem dos radionuclídeos PET de vida curta comumente usados.

O material marcado é administrado ao nível do traçador. Este tipo de desenho de microdose destina-se a fornecer um sinal de imagem detectável, minimizando ao mesmo tempo a perturbação farmacológica pelo material marcado. Não estabelece, por si só, que a preparação marcada se comporta de forma idêntica à terapêutica não marcada. Essa questão depende do local de marcação, da atividade específica, da pureza radioquímica, da formulação e da preservação das propriedades biológicas da molécula parental.

SPECT/CT combina informações moleculares-derivadas de radionuclídeos com co{1}}registro anatômico. Varreduras seriais podem ser usadas para avaliar:

• se o sinal{0}associado ao cérebro é detectável após administração intranasal;
• a distribuição anatômica do sinal nas regiões do SNC fotografadas;
• a mudança no sinal{0}associado ao cérebro ao longo do tempo; e
• disposição simultânea na cavidade nasal, vias aéreas, pulmões e outros órgãos dentro do campo de visão.

As medições resultantes são melhor interpretadas como sinal-associado ao traçador ou distribuição de material-marcado radioativamente. Eles não devem ser automaticamente descritos como concentração intacta do medicamento original, a menos que a estabilidade do rótulo e a bioanálise ex vivo apoiem essa interpretação.

Estudo de caso: SPECT serial 125I após administração intranasal de peptídeos em NHPs

O caso foi conduzido pelas capacidades de pesquisa translacional NHP da Prisys Biotech e pelas capacidades de radioquímica e imagem molecular. O estudo utilizou um peptídeo marcado com iodo-125 administrado por via intranasal a NHPs.

Imagens SPECT seriadas foram realizadas 1, 24, 48, 72 e 96 horas após a administração. A sequência de imagens foi projetada para examinar a presença e a distribuição do sinal radiomarcado-associado ao cérebro durante um período de vários-dias, em vez de depender de uma única medição terminal.

O caso forneceu três tipos de informações relacionadas. Primeiro, o sinal{1}}associado ao cérebro foi observado após a dosagem intranasal, apoiando uma investigação mais aprofundada da distribuição do SNC. Em segundo lugar, a distribuição do sinal poderia ser avaliada através de regiões anatômicas do cérebro, em vez de ser tratada como um único valor-do cérebro inteiro. Terceiro, as varreduras em série mostraram como o sinal associado ao cérebro mudou durante o período de observação de 96 horas, incluindo a retenção do sinal detectável por pelo menos 72 horas, conforme apresentado no webinar.

As mesmas aquisições também forneceram informações fora do CNS. O sinal foi avaliado na região nasal, bochecha, trato brônquico e pulmão. Isso é importante porque a deposição local e a depuração respiratória podem influenciar a fração de uma dose intranasal que permanece disponível para possível transporte do nariz-para{3}}o cérebro. Um projeto de imagem que examina tanto a disposição associada ao SNC quanto a respiratória pode, portanto, ajudar os investigadores a interpretar a via de entrega como um todo, em vez de focar apenas na imagem final do cérebro.

O que o desenho do estudo pode responder

1. O sinal associado-ao cérebro é detectável após dosagem intranasal?

O SPECT serial fornece evidências in vivo de que material radiomarcado está presente na região do cérebro fotografada após a administração. Isto é mais forte do que inferir a distribuição do SNC apenas pela exposição ao plasma. O resultado ainda deve ser descrito com precisão: a imagem demonstra o sinal do rastreador associado ao cérebro, mas por si só não prova a rota de transporte exata nem estabelece que o peptídeo intacto entrou em um tipo específico de célula cerebral.

2. Onde o sinal se acumula?

O SPECT/CT fornece informações espaciais no nível permitido pela modalidade, qualidade de registro, método de reconstrução e resolução específica-do estudo. A análise regional pode mostrar se o sinal está concentrado em áreas anatômicas específicas. Isso é importante para programas de CNS nos quais uma média-do cérebro inteiro poderia ocultar diferenças regionais na exposição ou retenção.

3. Como o sinal-associado ao cérebro muda ao longo do tempo?

A sequência de 1- a 96-horas fornece um curso dentro da disciplina. Os investigadores podem examinar o tempo até o sinal mais alto observado, a persistência ao longo da janela de observação e a aparente eliminação. Essas observações derivadas de imagens podem ser consideradas juntamente com a farmacocinética plasmática, dados do LCR, parâmetros farmacodinâmicos e medições de tecidos ex vivo.

4. Para onde vai o restante da dose?

Imagens de-corpo inteiro ou de campo{1}} estendido podem revelar distribuição simultânea fora do cérebro. Para dosagem intranasal, a cavidade nasal e o trato respiratório são especialmente relevantes. A distribuição de órgãos periféricos também pode ajudar a identificar padrões de exposição que podem ser relevantes para a segurança, depuração ou interpretação da fração aparente de distribuição do SNC.

5. O estudo pode reduzir a dependência da amostragem terminal?

A imagem serial permite observações repetidas no mesmo assunto, o que pode reduzir a necessidade de atribuir coortes terminais separadas para cada ponto no tempo. A extensão de qualquer redução depende dos objectivos do estudo, do plano de validação, do número de animais, do calendário de imagiologia e da necessidade de confirmação ex vivo directa. A imagem molecular deve, portanto, ser vista como uma forma de melhorar a informação obtida a partir de um estudo animal, e não como um substituto automático da análise terminal.

O que a imagem não estabelece por si só

A primeira limitação é a resolução espacial e celular. O SPECT/CT pode localizar o sinal radiomarcado em regiões anatômicas, mas não pode determinar se o material está dentro dos neurônios, das células gliais, dos compartimentos vasculares ou do espaço extracelular. A localização celular e subcelular requer métodos como autorradiografia, histologia, imuno-histoquímica ou outros ensaios terminais.

A segunda limitação diz respeito à identidade molecular. A câmera detecta o decaimento radioativo do isótopo. Não distingue o peptídeo intacto de um metabólito radiomarcado ou de iodo livre se o marcador for liberado in vivo. A estabilidade do rótulo deve, portanto, ser avaliada antes e durante o estudo, quando apropriado. Os pontos de tempo terminais selecionados podem ser emparelhados com a bioanálise ex vivo para determinar quão próximo o sinal de imagem representa o artigo de teste original.

A terceira limitação é a atribuição de rota. O sinal-associado ao cérebro após a dosagem intranasal é compatível com a administração do SNC, mas o SPECT por si só não consegue distinguir definitivamente o transporte direto do nariz-para{3}}o cérebro da absorção sistêmica seguida pela passagem subsequente da BHE ou de uma combinação de rotas. As conclusões{5}específicas da rota exigem integração com o desenho do estudo, dados de formulação, farmacocinética de plasma e tecido, medições de LCR quando apropriado e controles relevantes.

Essas limitações não reduzem o valor da imagem. Eles definem como os dados devem ser usados. A imagem serial pode identificar as regiões e os pontos no tempo que justificam uma investigação terminal detalhada, permitindo que o trabalho ex vivo se concentre em questões específicas, em vez de ser distribuído ao longo de um período de tempo arbitrário.

Por que os NHPs são relevantes para o desenvolvimento do nariz-ao{1}}cérebro

Os roedores continuam úteis para triagem de formulações, estudos de mecanismos e trabalhos de prova antecipada de-de{1}}conceito. No entanto, a anatomia nasal e a fisiologia respiratória dos roedores diferem das dos humanos. Os roedores são respiradores nasais obrigatórios e o epitélio olfatório ocupa uma parte proporcionalmente maior da cavidade nasal. Estas características podem influenciar a deposição e levar a uma contribuição aparente maior do transporte olfativo do que seria esperado em humanos.

Os NHPs fornecem um contexto anatômico e fisiológico mais próximo para questões translacionais selecionadas, incluindo geometria da cavidade nasal, organização das vias aéreas, padrão respiratório, anatomia do SNC e compatibilidade com imagens clínicas-equivalentes. Os dados do NHP não eliminam a incerteza na tradução humana e não devem ser interpretados como uma previsão direta da exposição clínica. Seu valor é que eles permitem que a rota, a distribuição regional, a retenção e a disposição sistêmica sejam avaliadas em um modelo com maior relevância para a anatomia humana do que os estudos padrão em roedores para algumas questões de entrega.

A escolha das espécies deverá continuar a ser motivada pela questão do desenvolvimento. Um estudo de NHP é mais informativo quando é projetado para resolver uma decisão que não pode ser abordada adequadamente in vitro ou em roedores, como seleção de formulação, exposição regional do SNC, avaliação-do dispositivo de administração ou a relação entre deposição local e exposição sistêmica.

Integrando imagens com farmacocinética, bioanálise e farmacologia

A imagem molecular é mais útil quando é planejada como um componente de um conjunto de dados translacional integrado. Um estudo-do{2}}cérebro pode combinar SPECT/TC serial com farmacocinética plasmática, amostragem de LCR, avaliações nasais e respiratórias, bioanálise de tecidos, medições de biomarcadores e desfechos farmacodinâmicos.

Esta integração permite comparar várias camadas de evidências:

• Exposição sistêmica:concentração plasmática, exposição e depuração;
• Exposição espacial:distribuição regional do cérebro e{0}}órgãos periféricos do material radiomarcado;
• Exposição temporal:mudança no sinal desde o período pós{0}}dose inicial até retenção ou eliminação posterior;
• Identidade molecular:a proporção de sinal atribuível ao material original intacto ou aos metabolitos relevantes; e
• Efeito biológico: engajamento alvo, resposta de biomarcadores ou farmacologia funcional.

Nenhuma camada é suficiente para todos os programas. A interpretação translacional torna-se mais forte quando o sinal de imagem está ligado ao artigo de teste medido, ao mecanismo esperado e a uma resposta biológica que é relevante para a hipótese terapêutica.

O papel da Prisys Biotech nos estudos de imagens cerebrais do nariz-ao{1}}do NHP

A Prisys Biotech conduz estudos translacionais de NHP que podem incorporar dosagem intranasal, imagens moleculares seriadas, PK/PD, análise de biomarcadores e avaliações complementares de tecidos. O fluxo de trabalho pode incluir seleção de radionuclídeos, radiomarcação, preparação e purificação pós{1}}rotulagem, controle de qualidade, SPECT/CT ou PET/CT de grandes-animais e análise quantitativa de imagens.

Os materiais do webinar descrevem fluxos de trabalho de rotulagem e imagem aplicáveis ​​a pequenas moléculas, peptídeos, proteínas, macromoléculas, nanomateriais e anticorpos. O radionuclídeo e a modalidade apropriados dependem do artigo de teste, da química da rotulagem, da cinética esperada, da janela de observação necessária, da sensibilidade e dos objetivos do estudo. Esses parâmetros devem ser estabelecidos durante o desenho do estudo, e não selecionados apenas com base na disponibilidade do instrumento.

Para programas do nariz ao-cérebro, o objetivo prático é conectar o procedimento de entrega a um pacote de evidências defensável: onde o material é detectado, como sua distribuição muda ao longo do tempo, que proporção do sinal pode ser atribuída à molécula-mãe e se a exposição está associada a um efeito farmacológico.

Conclusão

O Serial 125I SPECT fornece uma maneira de avaliar a distribuição do sistema-associado ao cérebro e{2}}respiratório após a administração intranasal de peptídeos em NHPs. No caso do webinar, varreduras de 1, 24, 48, 72 e 96 horas mostraram como a administração de um único rastreador-poderia gerar informações longitudinais e espaciais, incluindo sinais detectáveis-associados ao cérebro por pelo menos 72 horas, conforme apresentado pela equipe de estudo.

O método não prova de forma independente o mecanismo exato de transporte do nariz-para{1}}o cérebro, a localização celular ou a concentração-de origem intacta. Essas questões exigem controles complementares, avaliação-da estabilidade do rótulo, bioanálise e, quando necessário, métodos de tecido terminal. Seu valor reside em adicionar uma visão repetida in vivo de distribuição e retenção à estrutura convencional de análise farmacocinética e de-tecidos.

Para o desenvolvimento de medicamentos para o SNC, o design mais informativo geralmente não é a imagem em vez da bioanálise. São imagens juntamente com bioanálise, farmacologia e desfechos translacionais apropriados. Esta combinação pode apoiar decisões mais precisas sobre formulação, dosagem, exposição regional do SNC, retenção e o próximo estágio de desenvolvimento não clínico.