המחסום דם-מוח(BBB) הוא אחד האילוצים העיקריים בפיתוח תרופות במערכת העצבים המרכזית (CNS). זה מגביל את כניסתן של הרבה מולקולות קטנות ורוב התרופות הביולוגיות לפרנכימה המוחית. תוך-אף, אומסירת האף-ל-המוחלכן משך עניין מכיוון שחלל האף מחובר אנטומית למערכת העצבים המרכזית דרך מסלולי הריח והטריגמינליים. מסלולים אלו עשויים לספק גישה למוח שאינה מוסברת על ידי זרימת דם מערכתית בלבד.
האתגר המדעי אינו פשוט לבחור מסלול תוך-אף. זה כדי להדגים לאן החומר המנוהל הולך, כמה אות קשור למוח, איך אות זה משתנה לאורך זמן, והאם התצפית משקפת את מאמר הבדיקה השלם ולא תווית מנותקת או מטבוליט. פרמקוקינטיקה של פלזמה (PK) אינה יכולה לענות על שאלות אלו.דגימת נוזל מוחי (CSF).מספק מידע מתא מוגבל וממספר מוגבל של נקודות זמן. ניתוח מוח סופני מספק מדידות רקמות ישירות, אבל כל חיה תורמת בדרך כלל תצפית סופית אחת.
מסומן רדיואקטיביהדמיה מולקולריתמספק דרך משלימה לטפל בשאלות אלה בפרימטים לא-אנושיים (NHPs). על ידי שילוב של מאמר בדיקה מסומן רדיואקטיבי עם SPECT/CT סדרתי, החוקרים יכולים לעקוב אחר אותות- הקשורים לנותב במוח ובכל הגוף באותה חיה לאורך זמן. מאמר זה דן במקרה של פפטיד שכותרתו יוד-125 שהוצג במהלךסמינר מקוון להדמיה מולקולרית של Prisys Biotechומסביר מה עיצוב המחקר יכול, ומה לא יכול להדגים.
מדוע פלזמה PK אינה מספיקה להערכת אספקת CNS
חשיפה מערכתית אינה שווה ערך לחשיפה מוחית. תרכובת עשויה לייצר ריכוזי פלזמה מדידים או אפילו משמעותיים תוך הגעה לריכוזים מוגבלים בלבד במוח. הקשר קשה במיוחד לפירוש לאחר מתן תוך-אף, מכיוון שהחומר הניתן עשוי להישמר בחלל האף, לנקות לתוך דרכי הנשימה, להיספג באופן מערכתי או להוביל לכיוון מערכת העצבים המרכזית דרך מסלולים אנטומיים מקומיים.
דגימת CSF מוסיפה מידע שימושי, אך CSF אינה תחליף ישיר לכל תא מוח. הדגימה היא פולשנית, מספקת נקודות זמן דלילות, וייתכן שאינה מייצגת חשיפה פרנכימית אזורית. ניתוח רקמת המוח הסופי הוא ישיר יותר, אך עקומת שמירה אורכית דורשת חיות נפרדות עבור כל נקודת זמן סופנית. זה מגדיל את מספר החיות הנדרש והופך את מהלך הזמן לתלוי יותר בשונות בין-נושאים.
לא פלזמה PK ולא מדידה סופנית אחת מספקות תמונה מרחבית מלאה. עבור תוכנית CNS תוך-אפי, ייתכן שהחוקרים יצטרכו גם לדעת אם מאמר הבדיקה נשאר בחלל האף, מגיע לדרכי הנשימה התחתונות, מתפזר לאיברים אחרים או מראה דפוס אזורי בתוך המוח. אלו הן שאלות הפצה באותה מידה שהן שאלות ריכוז.
כיצד SPECT מסומן רדיואקטיבי תומך בהערכת האף-ל-מוח
מחקר הדמיה מולקולרית מתחיל בבחירה של רדיונוקליד ואסטרטגיית תיוג המתאימה למאמר הבדיקה ולמהלך הזמן הביולוגי הצפוי. במקרה של הוובינר, הפפטיד סומן עם יוד-125 (125I), רדיונוקליד עם מחצית חיים פיזית של כ-59.4 ימים. מחצית החיים הפיזיים הארוכים יחסית-תואמת לתצפית סדרתית לאורך שעות עד ימים, הרלוונטית כאשר שימור המוח עשוי להתרחב מעבר לחלון ההדמיה הקצר של רדיונוקלידים קצרי-חיים של PET.
החומר המסומן מנוהל ברמת הנותב. סוג זה של עיצוב מיקרו-מינון נועד לספק אות הדמיה שניתן לזהות תוך מזעור הפרעות תרופתיות על ידי החומר המסומן. זה לא קובע, כשלעצמו, שהתכשיר המסומן מתנהג באופן זהה לתכשיר הטיפולי הבלתי מסומן. שאלה זו תלויה באתר התיוג, בפעילות הספציפית, בטוהר הרדיוכימי, בניסוח ובשימור התכונות הביולוגיות של מולקולת האם.
SPECT/CT משלב מידע מולקולרי-שמקורו ברדיונוקלידים עם רישום אנטומי-. ניתן להשתמש בסריקות סדרתיות כדי להעריך:
- האם ניתן לזהות אות-המשויך למוח לאחר מתן תוך-אף;
- ההפצה האנטומית של האות בתוך אזורי ה-CNS המצולמים;
- השינוי באות-המשויך למוח לאורך זמן; ו
- נטייה במקביל בחלל האף, דרכי הנשימה, הריאות ואיברים אחרים בתוך שדה הראייה.
המדידות המתקבלות מתפרשות בצורה הטובה ביותר כהפצת חומר-משויך למעקב או -מתווית רדיו. אין לתאר אותם באופן אוטומטי כריכוז תרופות הורה שלם- אלא אם כן יציבות התווית וביואנליזה אקס-וויו תומכות בפרשנות זו.
מחקר מקרה: סדרתי 125I SPECT לאחר מתן פפטיד תוך-נאלי ב-NHPs
המקרה נערך על ידי יכולות המחקר התרגום NHP של Prisys Biotech ויכולות רדיוכימיה והדמיה מולקולרית. במחקר נעשה שימוש בפפטיד המסומן ביוד-125 שניתנה תוך-נאזלית ל-NHPs.
הדמיית SPECT סדרתית בוצעה 1, 24, 48, 72 ו-96 שעות לאחר המתן. רצף ההדמיה תוכנן לבחון את הנוכחות וההפצה של אות -מתומן רדיואקטיבי במוח על פני תקופה מרובה- ימים במקום להסתמך על מדידה סופנית אחת.
כיצד NHP Imaging תומך בהקרנת מינון אנושי של Ac-225
כיצד עשויה הדמיה פרה-קלינית לתמוך בבחירת פעילות ראשונית עבור תרופות רדיו-פרמצבטיות מסוג Ac-225?
במחקר מקרה זה מהסמינר המקוון של Prisys Biotech, Prisys מסביר כיצד הדמיה מולקולרית סדרתית בפרימטים לא-אנושיים יכולה לספק נתוני התפלגות ברמת האיברים- עבור דוסימטריה של רדיונוקלידים והקרנת פעילות אנושית.
דגשים במחקר:
- מאמר בדיקה מסומן רדיואקטיבי שניתן לוריד
- הדמיית SPECT סדרתית המשמשת לניטור-הפצה של כל הגוף לאורך זמן
- נתוני פעילות-ברמת זמן-איבר המשמשים להערכת זמן שהייה ומינון נספג
- נתוני NHP הותאמו למודל אנושי ייחוס כדי לתמוך בהקרנת פעילות Ac-225
הדמיה מולקולרית יכולה לחבר הפצה ביולוגית, דוסימטריה של איברים ושינוי קנה מידה בין המינים בתוך זרימת עבודה תרגום אחת. תחזית הפעילות המתקבלת נשארת הערכה מבוססת-מודל ויש לפרש אותה יחד עם נתוני רדיוכימיה, PK, טוקסיקולוגיה, פרמקולוגיה ונתוני הדמיה קלינית מוקדמת.
תיק מהפלטפורמת הדמיה מולקולרית של Prisys Biotech.
אנא צור קשר עם:bd@prisysbiotech.com.
התיק סיפק שלושה סוגי מידע קשורים. ראשית, אות הקשור למוח נצפה לאחר מינון תוך-אף, מה שתומך בחקירה נוספת של מתן CNS. שנית, ניתן להעריך את התפלגות האות על פני אזורי מוח אנטומיים במקום להתייחס כערך מוח שלם- יחיד. שלישית, הסריקות הסדרתיות הראו כיצד האות המשויך למוח השתנה במהלך תקופת התצפית של 96 שעות, כולל שמירה של אות שניתן לזהות למשך 72 שעות לפחות כפי שהוצג בסמינר המקוון.
אותן רכישות סיפקו מידע גם מחוץ ל-CNS. האות הוערך באזור האף, הלחי, דרכי הסימפונות והריאות. זה חשוב כי שקיעה מקומית ופינוי נשימתי יכולים להשפיע על חלק מהמינון תוך-אף שנשאר זמין להובלה פוטנציאלית של האף-ל-המוח. תכנון הדמיה שבוחן הן את הנטייה הקשורה ל-CNS והן את הנטייה הנשימתית יכול אפוא לעזור לחוקרים לפרש את נתיב הלידה כמכלול ולא להתמקד רק בתמונת המוח הסופית.
מה עיצוב המחקר יכול לענות
1. האם ניתן לזהות אות- הקשור למוח לאחר מינון תוך-אף?
SPECT סדרתי מספק ראיות in vivo לכך שחומר מסומן רדיואקטיבי קיים באזור המוח המצולם לאחר מתן. זה חזק יותר מהסקת מסירת CNS מחשיפה לפלסמה בלבד. עדיין יש לתאר את התוצאה במדויק: הדמיה מדגימה אות מעקב- הקשור למוח, אך היא אינה מוכיחה כשלעצמה את נתיב ההובלה המדויק או קובעת שהפפטיד השלם נכנס לסוג תא מוח מסוים.
2. היכן מצטבר האות?
SPECT/CT מספק מידע מרחבי ברמה המותרת על ידי האופן, איכות הרישום, שיטת השחזור והרזולוציה הספציפית למחקר.- ניתוח אזורי יכול להראות אם האות מרוכז באזורים אנטומיים מסוימים. זה חשוב עבור תוכניות CNS שבהן-ממוצע מוח שלם יכול להסתיר הבדלים אזוריים בחשיפה או בשימור.
3. כיצד משתנה האות המקושר-למוח לאורך זמן?
הרצף של 1- עד 96-שעות מספק קורס זמן בתוך הנושא. החוקרים יכולים לבחון את הזמן עד לאות הנצפה הגבוה ביותר, התמדה מעל חלון התצפית ושטיפה לכאורה. ניתן לשקול תצפיות אלו שנגזרו מהדמיה לצד נתוני PK פלזמה, CSF, נקודות קצה פרמקודינמיות ומדידות רקמות אקס-וויו.
4. לאן הולכת יתרת המנה?
הדמיה של כל-גוף או-שדה מורחב יכולה לחשוף הפצה במקביל מחוץ למוח. למינון תוך-אף, חלל האף ודרכי הנשימה רלוונטיים במיוחד. הפצת איברים היקפיים יכולה גם לסייע בזיהוי דפוסי חשיפה שעשויים להיות רלוונטיים לבטיחות, פינוי או פרשנות של חלק המסירה לכאורה של CNS.
5. האם המחקר יכול להפחית את התלות בדגימה סופנית?
הדמיה סדרתית מאפשרת צפייה חוזרת ונשנית באותו נושא, מה שעשוי להפחית את הצורך בהקצאת קבוצות סופניות נפרדות לכל נקודת זמן. היקף ההפחתה תלוי ביעדי המחקר, תוכנית האימות, מספר החיות, לוח הזמנים של ההדמיה והצורך באישור ישיר ex vivo. לכן יש לראות בהדמיה מולקולרית דרך לשפר את המידע המתקבל ממחקר בבעלי חיים, ולא כתחליף אוטומטי לניתוח סופני.
מה ההדמיה לא מבססת מעצמה
המגבלה הראשונה היא רזולוציה מרחבית וסלולרית. SPECT/CT יכול לאתר אות מסומן רדיואקטיבי לאזורים אנטומיים, אך הוא אינו יכול לקבוע אם החומר נמצא בתוך נוירונים, תאי גליה, תאים כלי דם או החלל החוץ תאי. לוקליזציה תאית ותת-תאית דורשת שיטות כגון אוטורדיוגרפיה, היסטולוגיה, אימונוהיסטוכימיה או מבחני קצה אחרים.
המגבלה השנייה נוגעת לזהות מולקולרית. המצלמה מזהה דעיכה רדיואקטיבית מהאיזוטופ. זה לא מבחין בין פפטיד שלם למטבוליט מסומן רדיואקטיבי או יוד חופשי אם התווית משתחררת in vivo. לכן יש להעריך את יציבות התווית לפני ובמהלך המחקר במידת הצורך. נקודות זמן סופיות נבחרות יכולות להיות מזווגות עם ביואנליזה לשעבר של vivo כדי לקבוע עד כמה אות ההדמיה מייצג את מאמר הבדיקה האב.
המגבלה השלישית היא ייחוס מסלול. אות-המשויך למוח לאחר מינון תוך-אפי תואם למתן CNS, אך SPECT לבדו אינו יכול להבחין באופן סופי בהובלה ישירה של האף-ל-מוח מספיגה מערכתית ואחריה מעבר BBB שלאחר מכן, או משילוב של דרכים. מסקנות ספציפיות למסלול- דורשות אינטגרציה עם עיצוב המחקר, נתוני ניסוח, PK פלזמה ורקמות, מדידות CSF במידת הצורך ובקרות רלוונטיות.
מגבלות אלו אינן מפחיתות את ערך ההדמיה. הם מגדירים כיצד יש להשתמש בנתונים. הדמיה סדרתית יכולה לזהות את האזורים ואת נקודות הזמן שמחייבות חקירה מסוף מפורטת, ומאפשרת לעבודה לשעבר להיות ממוקדת בשאלות ספציפיות במקום להפיץ על פני מהלך זמן שרירותי.
מדוע NHPs רלוונטיים עבור האף-ל-התפתחות המוח
מכרסמים נשארים שימושיים עבור בדיקת ניסוחים, מחקרי מנגנונים והוכחה מוקדמת-ל-עבודת מושגים. עם זאת, האנטומיה של האף והפיזיולוגיה של הנשימה של מכרסמים שונים מאלה של בני אדם. מכרסמים הם נושמים באף חובה, ואפיתל הריח תופס חלק גדול יותר באופן יחסי מחלל האף. תכונות אלו עשויות להשפיע על השקיעה ועשויות להוביל לתרומה נראית לעין גבוהה יותר מהובלת ריח ממה שניתן היה לצפות בבני אדם.
NHPs מספקים הקשר אנטומי ופיזיולוגי קרוב יותר לשאלות תרגומיות נבחרות, כולל גיאומטריה של חלל האף, ארגון דרכי הנשימה, דפוס נשימה, אנטומיה של מערכת העצבים המרכזית ותאימות עם הדמיה-מקבילה קלינית. נתוני NHP אינם מבטלים אי ודאות בתרגום אנושי, ואין לפרש אותם כתחזית ישירה של חשיפה קלינית. הערך שלהם הוא שהם מאפשרים להעריך מסלול, תפוצה אזורית, שמירה ונטייה מערכתית במודל עם רלוונטיות רבה יותר לאנטומיה של האדם מאשר מחקרי מכרסמים סטנדרטיים עבור כמה שאלות מסירה.
בחירת המינים צריכה להישאר מונעת על ידי שאלת הפיתוח. מחקר NHP הוא אינפורמטיבי ביותר כאשר הוא נועד לפתור החלטה שלא ניתן להתייחס אליה בצורה מספקת במבחנה או במכרסמים, כגון בחירת פורמולציה, חשיפה אזורית של מערכת העצבים המרכזית, הערכת מכשיר מסירה או הקשר בין שיקוע מקומי וחשיפה מערכתית.
שילוב הדמיה עם PK, ביואנליזה ופרמקולוגיה
הדמיה מולקולרית שימושית ביותר כאשר היא מתוכננת כמרכיב אחד של מערך נתונים תרגומי משולב. מחקר מהאף-ל-מוח עשוי לשלב SPECT/CT סדרתי עם PK פלזמה, דגימת CSF, הערכות אף ונשימתיות, ביואנליזה של רקמות, מדידות סמנים ביולוגיים ונקודות קצה פרמקודינמיות.
אינטגרציה זו מאפשרת השוואה בין מספר רבדים של ראיות:
- חשיפה מערכתית:ריכוז פלזמה, חשיפה ופינוי;
- חשיפה מרחבית:הפצה אזורית במוח ובאיברים-פריפריים של החומר המסומן ברדיו;
- חשיפה זמנית:שינוי באות מתקופת המינון-המוקדמת דרך שימור מאוחר יותר או הדחה;
- זהות מולקולרית:שיעור האות המיוחס לחומר אב שלם או מטבוליטים רלוונטיים; ו
- השפעה ביולוגית: מעורבות יעד, תגובת סמן ביולוגי, או פרמקולוגיה פונקציונלית.
אין שכבה אחת מספיקה לכל תוכנית. הפרשנות התרגום מתחזקת כאשר אות ההדמיה מקושר למאמר הבדיקה הנמדד, למנגנון הצפוי ולתגובה ביולוגית הרלוונטית להשערה הטיפולית.
התפקיד של Prisys Biotech במחקרי הדמיית מוח-ל-NHP
Prisys Biotech עורכת מחקרים תרגום NHP שיכולים לשלב מינון תוך-אף, הדמיה מולקולרית סדרתית, PK/PD, ניתוח סמנים ביולוגיים והערכות רקמות משלימות. זרימת העבודה יכולה לכלול בחירת רדיונוקלידים, תיוג רדיו, הכנה וטיהור לאחר-תיוג, בקרת איכות, SPECT/CT של בעלי חיים- גדולים או PET/CT וניתוח תמונה כמותי.
חומרי הסמינר המקוון מתארים תהליכי עבודה של תיוג והדמיה החלים על מולקולות קטנות, פפטידים, חלבונים, מקרומולקולות, ננו-חומרים ונוגדנים. הרדיונוקליד והאופן המתאימים תלויים במאמר הבדיקה, בכימיה של תיוג, בקינטיקה הצפויה, בחלון התצפית הנדרש, ברגישות ובמטרות המחקר. יש לקבוע פרמטרים אלו במהלך תכנון המחקר ולא לבחור אך ורק על בסיס זמינות המכשיר.
עבור תוכניות האף-אל-המוח, המטרה המעשית היא לחבר את הליך המסירה עם חבילת ראיות ברת הגנה: היכן מזוהה החומר, כיצד התפלגותו משתנה לאורך זמן, מהו חלק האות שניתן לייחס למולקולת האם והאם החשיפה קשורה להשפעה תרופתית.
מַסְקָנָה
Serial 125I SPECT מספק דרך להעריך את התפלגות מערכת-המחוברת-במוח ובמערכת הנשימה לאחר מתן פפטיד תוך-אף ב-NHPs. במקרה של הסמינר המקוון, סריקות של 1, 24, 48, 72 ו-96 שעות הראו כיצד ניהול- יחיד ברמת נותב יכול ליצור מידע אורך ומרחבי, כולל אות{10}}ניתן לזיהוי, למשך 72 שעות לפחות, כפי שהוצג על ידי צוות המחקר.
השיטה אינה מוכיחה באופן עצמאי את מנגנון ההובלה המדויק של האף-ל-המוח, לוקליזציה סלולרית או ריכוז הורה שלם-. שאלות אלו דורשות בקרות משלימות, הערכת יציבות-תווית, ביואנליזה, ובמידת הצורך, שיטות רקמה סופנית. הערך שלו טמון בהוספת תצוגה חוזרת ונשנית של הפצה ושימור למסגרת הניתוח הקונבנציונלי של PK ורקמות-.
לפיתוח תרופות CNS, העיצוב האינפורמטיבי ביותר הוא בדרך כלל לא הדמיה במקום ביואנליזה. זוהי הדמיה יחד עם ביואנליזה, פרמקולוגיה ונקודות קצה מתאימות. שילוב זה יכול לתמוך בהחלטות מדויקות יותר לגבי ניסוח, מינון, חשיפה אזורית של מערכת העצבים המרכזית, שמירה והשלב הבא של התפתחות לא קלינית.
שאלות נפוצות
ש: מה מראה 125I SPECT באף-אל-מחקר מוח?
ת: זה מראה את התפלגות האות-125- הקשור ליוד לאורך זמן. לאחר מינון תוך-אפי, זה יכול לכלול אותות הקשורים למוח, נטייה לאף ולנשימה, ואיברים מצולמים אחרים. יש לפרש את האות כהפצה של חומר מסומן רדיואקטיבי, אלא אם כן יציבות התווית וניתוח ex vivo קובעים כי הוא מייצג את מאמר הבדיקה השלם.
ש: האם SPECT יכול להוכיח שפפטיד חצה את ה-BBB דרך מסלול ישיר לאף?
ת: לא. SPECT יכול להדגים אות מסומן רדיואקטיבי-למוח לאחר מינון תוך-אף, אבל הוא לא יכול כשלעצמו לקבוע אם החומר השתמש בנתיב ריח ישיר או טריגמינלי, נכנס דרך מחזור הדם מערכתי או פעל לפי שילוב של דרכים. ייחוס מסלול מצריך בקרות נוספות של מחקר וראיות PK משלימות או ביואנליטיות.
ש: מדוע להשתמש ביוד-125 לסוג זה של מחקר?
ת: ליוד-125 יש מחצית חיים פיזית- של כ-59.4 ימים, התומך בהדמיה על פני תקופה של שעות עד ימים כאשר השאלה הביולוגית כרוכה בהפצה או החזקה מאוחרת. הבחירה נשארת תלויה בכימיה תיוג, יציבות מאמר מבחן, רגישות הדמיה, שיקולי קרינה וחלון התצפית המיועד.
ש: האם הדמיה מולקולרית יכולה להחליף ניתוח ביולוגי קצה?
ת: בדרך כלל, זה נחשב יותר משלים. הדמיה מספקת מידע מרחבי סדרתי באותה חיה, בעוד שניתוח סופני מספק מדידות רקמה ישירות ותומכת בהיסטולוגיה, אוטורדיוגרפיה וביואנליזה מפורטת. עיצוב משולב יכול להשתמש בהדמיה כדי לזהות את האיברים ונקודות הזמן הדורשות אישור מסוף ממוקד.
ש: למה לערוך מחקרי מוח-ל-אף ב-NHP?
ת: NHPs מספקים הקשר אנטומי ופיזיולוגי קרוב יותר לבני אדם מאשר מכרסמים עבור שאלות{0}}למסירה נבחרות באף. הם יכולים להיות שימושיים במיוחד כאשר המחקר דורש הערכה של שקיעת האף, הפצה אזורית של מערכת העצבים המרכזית, נטייה נשימתית, ביצועי מכשיר או פורמולציה והדמיה-קלינית מקבילה. תוצאות NHP עדיין דורשות פרשנות זהירה ואינן מסירות את הצורך במחקרי תרגום קליניים.
