הדמיה של קולטני דופמין D2/D3 בפרימטים לא אנושיים עם [18F]Fallypride

בפיתוח תרופות במערכת העצבים המרכזית (CNS), מועמד שמגיע למוח פינה את המכשול הראשון. האם זה משפיע על היעד התרופתי שלו יש שאלה נפרדת, וחשיפה לפלזמה לא יכולה לענות עליה.

פְּלַסמָהפרמקוקינטיקה (PK), דגימת נוזל מוחי (CSF) והפצה ביולוגית של רקמות מתארים כמה תרופה קיימת ולאן היא הולכת. אף אחד מהם לא מדווח כמה מהקולטן הספציפי תפוס. עבור תרופות CNS הפער חשוב, מכיוון שפעילות תרופתית תלויה בדרך כלל בהגעה לרמה נאותה של מעורבות מטרה ולא בהשגת ריכוז מוחי מדיד.

הדמיה של קולטן פוזיטרון (PET) מדדים את התפוסה. ליגנדים מסומנים רדיואקטיביים נקשרים בצורה הפיכה לקולטנים ספציפיים, והשינוי בקשירת הליגנד לאחר התערבות תרופתית מכמת כמה ממאגר הקולטנים תפסה התרופה.

Prisys הציגה דוגמה עובדת במהלך הסמינר האינטרנטי של Prisys Biotech בתאריךהדמיה מולקולריתבחקר הפרימטים הלא אנושיים (NHP). המחקר השתמש ב-[18F]Fallypride כדי לעקוב אחר קישור קולטן דופמין D2/D3 בקופי cynomolgus באמצעות רכישת PET דינמית של 150 דקות, עם אתגר לופרידול תוך ורידי לאחר 120 דקות.

המקרה מראה כיצד PET דינמי מאפיין קישור קולטן אזורי, מדגים עקירה תרופתית ותומך בהערכת מעורבות מטרה בתוכניות CNS פרה-קליניות.

1. מדוע תפוסת קולטנים חשובה מעבר ל-PK קונבנציונלי

תפוסת הקולטנים היא השיעור של קולטני המטרה הזמינים הקשורים לתרופה בזמן נתון. ריכוז הפלזמה והחשיפה הכוללת לרקמות מתארים כמה תרופה נמצאת. תפוסה מתארת ​​מה התרופה עושה בקולטן.

עבור אנטגוניסטים של דופמין D2 ואגוניסטים חלקיים, הקשר בין ריכוז הפלזמה והתפוסה אינו ליניארי וניתן לרוויה. בריכוזים נמוכים, עלייה מתונה בחשיפה מייצרת עלייה גדולה בתפוסה. ככל שהקישור מתקרב לרוויה, עליות נוספות בריכוז מייצרות רווחים קטנים יותר בהדרגה.

לצורה זו יש השלכות ישירות על בחירת המינון. מחקרי PET קליניים של תרופות אנטי פסיכוטיות ביססו קשרים בין תפוסת קולטני D2, תגובה טיפולית ותסמינים חוץ-פירמידליים. מדידת תפוסה מראה אם ​​כן האם מועמד מגיע לרמת מעורבות מתאימה מבלי לדחוף את החשיפה גבוה יותר ממה שהפרמקולוגיה דורשת.

אותו היגיון חל על מנגנונים אחרים המכוונים לדופמין. אגוניסט חלקי D2 צריך מספיק תפוסה כדי לייצר את השפעתו תוך השארת מקום לאיתות דופמינרגי אנדוגני. תרכובות המכוונות לקולטנים חוץ-סטריאטליים זקוקות לקשירה מודגמת באותם אזורים, וספיגה סטריאטלית גבוהה לבדה אינה מראה זאת.

2. מה מודד [18F]Fallypride PET?

[18F]Fallypride הוא רדיוליגנד בנזמיד מוחלף עם זיקה גבוהה לקולטנים דמויי דופמין D2, כולל תת-הסוגים D2 ו-D3. הכריכה היא הפיכה, כך שניתן לעקוב אחר אותו נותב באמצעות אסוציאציה ודיסוציאציה בתוך פגישה אחת.

הזיקה שלו גבוהה מספיק כדי לדווח על קישור באזורים עם צפיפות קולטן נמוכה, כולל אזורי קליפת המוח והתלמוס. רוב הנותבים האחרים לקולטן דופמין פותחו עבור אזורים בצפיפות גבוהה ומחזירים מעט אות שמיש מחוץ לסטריאטום.

לפלואור-18 זמן מחצית חיים פיזי של כ-110 דקות, ארוך מספיק לפרוטוקול דינמי שלוכד מסירה, הצטברות אזורית ושטיפה ברכישה אחת.

חלים שני מגבלות פרשניות. [18F]Fallypride לא מפריד בין D2 ל-D3, כך שהאות מחייב D2/D3 ולא יותר ספציפי. עוצמת אות PET גם אינה שווה למספר הקולטן. רדיואקטיביות שנמדדה משלבת מסירת נותבים, חלוקה לא ספציפית, קישור ספציפי וקינטיקה של נותב, והפרדה בין רכיבים אלה דורשת ניתוח קינטי.

3. מקרה NHP: הדמיה דינמית של PET עם אתגר Haloperidol

הדוגמה של ד"ר ליו השתמשה ב-[18F]Fallypride PET בקופי cynomolgus כדי לאפיין את הפצת העקבים וקשירת הקולטן האזורית במוח התקין. המטרה הייתה תיאור בסיס ולא מודל מחלה או מועמד טיפולי.

הרכש נמשך 150 דקות. לאחר 120 דקות, הלופרידול ניתן לוריד כאתגר חסימה תרופתי.

אזורים סטריאטליים וחוץ-סטריאטליים התנהגו אחרת. אזורים חוץ-סטריאטליים הגיעו בדרך כלל לשיא מוקדם יותר והתנקו מהר יותר. הסטריאטה הדו-צדדית הגיעה לשיא מאוחר יותר ושמרה על העקב זמן רב יותר.

צפיפות הקולטן מסבירה את התבנית. באזור בצפיפות גבוהה כמו הסטריאטום, רוב האות מגיע מקשירה ספציפית. היכן שהצפיפות נמוכה יותר, מסירת נותבים והפצה לא ספציפית נושאות יותר ממנו באופן יחסי.

ההבדל הזה מגביל את עיצוב המחקר. תמונה סטטית בודדת בנקודת זמן קבועה אחת אינה יכולה לאפיין את הכריכה הסטריאטלית והחוץ-סטריאטלית בבת אחת, ולכן תזמון הרכישה ותוכנית הניתוח צריכים לתת את הדעת לקינטיקה אזורית.

אתגר ההלופרידול הוסיף בדיקה תרופתית. Haloperidol הוא אנטגוניסט לקולטן דופמין ומתחרה עם [18F]Fallypride על אותם אתרי קישור. לאחר המינון, קישור הנותב נופל באזורים שבהם האות הוא בעיקר קישור D2/D3 ספציפי. תזוזה זו תומכת הן בספציפיות והן בהפיכות של האות האזורי.

4. כיצד מכימות תפוסת קולטנים ופוטנציאל מחייב?

תמונות לבדן אינן יכולות לשאת טענה פרמקולוגית כמותית. רוב המידע נמצא בעקומת הפעילות-זמן (TAC), העוקבת אחר ריכוזי הרדיואקטיביות באזור נבחר לאורך הרכישה. צורתו משקפת מסירת נותבים, שיוך קולטן, ניתוק ופינוי.

עבור נותבים הפיכים, הכימות מסתמך בדרך כלל על אזור התייחסות עם קישור ספציפי זניח למטרה. אזור זה מעריך את התפלגות העקבים הבלתי ניתנת להחלפה ומאפשר לניתוח להפריד כריכה ספציפית משאר האות.

הפרמטר המדווח לרוב הוא פוטנציאל הקישור הבלתי ניתן להחלפה (BP_ND), היחס בין נותב קשור ספציפית לנותב בלתי ניתן להחלפה בשיווי משקל תחת ההנחות של המודל הקינטי הנבחר. מודלים של רקמות ייחוס או גישות קינטיות מאומתות אחרות מעריכות זאת, בהתאם לתכנון המעקב והרכישה.

התפוסה נובעת מהשוואה של פוטנציאל הקישור לפני ואחרי תרופה מתחרה:

תפוסת קולטן (%)=[(BP_{ND, קו בסיס}- BP_{ND, סם}) / BP_{ND, קו בסיס}] × 100

נפילה ב-BP_NDלאחר מינון פירושו שפחות אתרים נשארים זמינים לרדיוליגנד. לפי הנחות המחקר, הנפילה מעריכה את תפוסת הקולטן.

החשבון פשוט. האמינות לא. יציבות פיזיולוגית, רכישה עקבית, הגדרת אזור מדויקת, תיקון תנועה ומודל קינטי מתאים כל אלה ניזונים לאומדן.

עיצוב האתגר בסמינר המקוון מיישם את אותו עיקרון בתוך מפגש אחד. במקום להשוות סריקות בסיס נפרדות ואחרות טיפול, הסוכן החוסם ניתן במהלך רכישה דינמית אחת, והעקירה נקראת ישירות מעקומת הזמן-פעילות. פחות הפעלות הדמיה משמעו פחות שונות בין הפעלות לשליטה. זה גם שם משקל על בחירות העיצוב: תזמון האתגר, מינון החסימה ואורך הרכישה שנותר לאחר המינון, כולם קובעים אם העקירה נתפסת מספיק טוב כדי למדוד.

5. מה יכול אתגר במנה בודדת להדגים?

אתגר במנה בודדת בודק את הספציפיות של הנותב וקשירת מטרה הפיכה. זה לא מייצר יחסי מינון-תפוסה.

הגבול הזה משנה כאשר תוצאות PET מזינות החלטת פיתוח. מנה חוסמת אחת היא נקודת התערבות אחת. תזוזה בנקודה זו תומכת בקריאה מתווכת מטרה של האות, ואינה אומרת דבר על האופן שבו התפוסה נעה על פני ריכוזים.

קשר כמותי של מינון-תפוסה מצריך מספר רמות מינון, באופן אידיאלי עם פלזמה PK נמדדת לצד כך שתפוסה יכולה להיות קשורה לחשיפה מערכתית. עיצוב כזה ממפה ריכוז מול מעורבות, מזהה את טווח החשיפה הקשור לרצועת תפוסה נתונה ותומך בבחירת מינון תרופתי.

שלוש נקודות נוספות נוגעות לפרשנות.

סלקטיביות פרמקולוגית:haloperidol אינו סלקטיבי עבור D2/D3. הוא גם יוצר אינטראקציה עם קולטני סיגמא-1 וסרוטונין 5-HT2A. לכן השימוש בו כחומר חוסם נקרא כנגד התפלגות הנותבים האזורית והעקירה הנצפית, לא כראיה לכך שכל השפעה עוברת דרך D2/D3.

מצבים פיזיולוגיים:הרדמה ושינוי פיזיולוגי משפיעים על זרימת הדם המוחית, מתן נותבים, ואולי פעילות דופמינרגית אנדוגנית. משתנים אלו זקוקים לשליטה ותיעוד לאורך הפעלת ההדמיה.

תפוסה מול יעילות:התפוסה מראה מעורבות מטרה, לא תועלת טיפולית. תרכובת יכולה לכבוש את הקולטן שלה באופן מהותי מבלי לייצר את התגובה המיועדת במורד הזרם.

לכן הדמיית רצפטורים שייכת לצד נקודות קצה פרמקודינמיות אחרות במקום לעמוד בהן.

6. מדוע להשתמש בפרימטים לא אנושיים למחקרי PET של קולטני דופמין?

הדמיית NHP מתאימה לעבודה כמותית של קולטני CNS, במיוחד כאשר השאלה מכסה אוכלוסיות סטריאטליות וחוץ-סטריאטליות יחד.

PET מכרסמים מבוסס היטב, אך המוח הקטן מגביל את הכימות האזורי. השפעות נפח חלקיות מתגברות ברגע שאזור עניין מתקרב לרזולוציה המרחבית של הסורק, והפרדת מבנים סמוכים הופכת לבלתי אמינה. אזורים חיצוניים קטנים סובלים יותר מכל.

מוח גדול יותר מאפשר תיחום מעשי של הסטריאטום, התלמוס ואזור קליפת המוח. NHPs גם מגשרים על פרמקולוגיה של מכרסמים והדמיה עצבית קלינית: הארגון הנוירו-אנטומי והמערכת הדופמינרגית דומים לסידור האנושי מספיק כדי להפוך את ההפצה, הקישור לקולטן והתגובה התרופתית ניתנת למדידה בסביבה תרגום.

הדמיה חוזרת באותה חיה היא היתרון הנוסף. עיצובים בתוך הנבדק מפחיתים את ההשפעה של שונות בין-אישית בזמינות הקולטן ובפיזיולוגיה, מה שחשוב כאשר ההשפעה הצפויה קטנה או כאשר יש לעקוב אחר הקישור לאורך זמן.

נתוני NHP אינם ניתנים להחלפה עם מדידות PET אנושיות. פיזיולוגיה, קינטיקה של נותבים, הרדמה ותנאי ניסוי שונים, ויש לטפל בהבדלים הללו כאשר מתרגמים ממצאים כמותיים. שיטות הדמיה מותאמות ושיטות אנליטיות מצמצמות את הפער המתודולוגי.

7. שילוב הדמיית רצפטורים בפיתוח תרופות CNS

הרצפטור PET תורם ביותר כאשר הוא יושב בתוך אסטרטגיית פרמקולוגיה ואסטרטגיית PK/PD רחבה יותר.

הערכת מעורבות יעד באה במקום הראשון. לפני התחייבות למחקרי יעילות גדולים יותר, צוות יכול לקבוע אם מועמד מגיע למוח ותופס את הקולטן שלו בחשיפה מערכתית רלוונטית.

להלן בחירת המינון. תפוסה הנמדדת על פני מספר רמות מינון ומשולבת עם פלזמה PK נותנת קשר חשיפה-תפוסה המספק בסיס מכניסטי לבחירת מינונים במחקרים מאוחרים יותר, כולל עבודה קלינית מוקדמת.

השוואת מועמדים היא השימוש השלישי. כאשר מספר תרכובות חולקות מטרה מולקולרית, נתוני תפוסת PET משלימים את זיקת הקישור במבחנה ו-PK קונבנציונלי, ומאפשרים להשוות מעורבות in vivo בחשיפה מותאמות.

קרא לצד נקודות קצה אחרות, מדידות אלה מתארות את התוכנית בצורה מלאה יותר.

שילוב של מדידות אלו מחבר בין חשיפה, מעורבות מטרה ותגובה תרופתית במורד הזרם.

8. שיקולים מעשיים ומגבלות של קולטן NHP PET

קולטן כמותי PET מתגמל תכנון קפדני ואימות ספציפי לנותבים.

הנחת אזור הייחוס עומדת בבסיס רוב הגישות הכמותיות. האזור הנבחר זקוק לקישור ספציפי זניח למטרה, ויש לקבוע את התאמתו לנותב ולמין הנמצאים בשימוש.

תנועה חשובה במהלך רכישות דינמיות ארוכות. תנועות קטנות משנות רישום אנטומי ומעוותות עקומות זמן-פעילות אזוריות, שמתפשטות לתוך ההערכות המחייבות.

שונות מבחן-בדיקה חוזרת זקוקה לאפיון בכל פעם ששינוי בקישור הוא נקודת קצה ראשונית. ללא נתון של שונות בסיסית, אפקט תרופתי אמיתי והפרש מדידה נראים אותו הדבר.

יש לבדוק מראש את מאפייני הקישור של הנותב ואינטראקציות מחוץ למטרה. כאשר נדרש מידע ספציפי לתת-סוג, [18F]Fallypride לא יכול להפריד בין D2 לתרומות D3.

דרישות אלו קובעות את התנאים לשימוש בקולטן PET: חומר מעקב מתאים, נקודות קצה כמותיות מוגדרות וקריטריונים לניתוח שהוסכם לפני תחילת המחקר.

מַסְקָנָה

[18F]Fallypride PET בקופי cynomolgus מראה את מה שהדמיית קולטן מוסיפה in vivo: קישור אזורי D2/D3, קינטיקה סטריאטלית וחוץ-סטריאטלית לאחר רכישה דינמית של 150 דקות, ועקירה תרופתית לאחר אתגר לופרידול תוך ורידי ב-120 דקות.

התרומה הרחבה יותר היא השאלה שהיא עונה עליה. הרצפטור PET קובע אם מועמד מפעיל את היעד המיועד שלו בחשיפה נתונה, שאף עקומת PK פלזמה, דגימת CSF או תמונת הפצה ביולוגית לא פותרת בעצמה.

קרא עם דגימת PK, CSF קונבנציונלית, הדמיית הפצה ביולוגית ונקודות קצה פרמקודינמיות פונקציונליות, נתוני התפוסה משלימים את השרשרת מחשיפה לפעילות פרמקולוגית.

חשיפה, מעורבות מטרה ויעילות טיפולית נשארים כמויות שונות. שמירה על הבחנה ביניהם היא מה שהופך מחקר תרגומי לאינפורמטיבי והחלטת פיתוח לניתנת להגנה.

סדרת המקרים של סמינרי הדמיה מולקולרית

מאמר זה סוגר את סדרת הסמינרים המקוונת של Prisys Biotech על שישה חלקים בנושא הדמיה מולקולרית במחקר NHP. כל חלק לקח שאלה אחת.

הראשון הגיע אחריוהדמיית הפצה ביולוגית של כל הגוףב-NHPs עם יוד-125 SPECT, שואל כיצד תרכובת מסומנת מתפזרת על פני איברים לאורך זמן. השני שאל אם תרכובת הניתנת תוך-נאזית מגיעה למוח, והשתמשה בהלידה מהאף למוחנמדד על ידי SPECT כדי לענות על זה. השלישי הצליחהקרנת מינון אנושי של Actinium-225מנתוני הדמיה של NHP, כולל הערכת מינון נקלט והערכות פעילות אנושית. הרביעי עקבוטאו אורכי PETבדגם מקוק רזוס. החמישי הגיש בקשהVMAT2 PETבמודל פרימט לא אנושי שלמחלת פרקינסוןלכמת גירעון דופמינרגי in vivo.

כשקוראים כסט, השישה עוברים מהפצה דרך מסירה, דוסימטריה, התקדמות המחלה וחסר דופמינרגי לזמינות הקולטן, שהיא הנקודה שבה קריאת הדמיה מתחילה לענות על שאלה פרמקולוגית.

בחירת שיטת הדמיה עוקבת אחר השאלה המדעית. נותבים שונים, פרוטוקולי רכישה וגישות אנליטיות מחזירים מידע משלים, והשילוב מחזק את הפרשנות של נתונים פרמקולוגיים פרה-קליניים.

להקשר נוסף, הסדרה מלווה במאמר סקירה על יישומי הדמיה מולקולרית במחקר NHP ופיתוח תרופות תרגום.

צור קשר עם Prisys Biotechnologies