Entrega de la nariz-a-el cerebro en PNH: estudio de caso de 125I SPECT

Elbarrera sanguínea-cerebral(BBB) ​​es una de las principales limitaciones en el desarrollo de fármacos para el sistema nervioso central (SNC). Limita la entrada de muchas moléculas pequeñas y de la mayoría de los productos biológicos al parénquima cerebral. intranasal oentrega de la nariz-al-cerebroPor lo tanto, ha atraído interés porque la cavidad nasal está anatómicamente conectada al SNC a través de las vías olfatoria y trigeminal. Estas vías pueden proporcionar un acceso al cerebro que no se explica únicamente por la circulación sistémica.

El desafío científico no es simplemente seleccionar una vía intranasal. Su objetivo es demostrar a dónde va el material administrado, cuánta señal está asociada con el cerebro, cómo esa señal cambia con el tiempo y si la observación refleja el artículo de prueba intacto en lugar de una etiqueta o metabolito desprendido. La farmacocinética plasmática (PK) no puede responder estas preguntas.Muestreo de líquido cefalorraquídeo (LCR)proporciona información de un compartimento limitado y un número limitado de puntos de tiempo. El análisis del cerebro terminal proporciona mediciones directas del tejido, pero cada animal generalmente contribuye con una observación terminal.

radiomarcadoimágenes molecularesproporciona una forma complementaria de abordar estas preguntas en primates no humanos (NHP). Al combinar un artículo de prueba radiomarcado con SPECT/CT en serie, los investigadores pueden seguir la señal asociada al trazador-en el cerebro y en todo el cuerpo del mismo animal a lo largo del tiempo. Este artículo analiza un caso del péptido marcado con yodo-125 presentado durante elSeminario web de imagen molecular de Prisys Biotechy explica lo que el diseño del estudio puede y no puede demostrar.

Por qué la farmacocinética del plasma no es suficiente para evaluar la administración del SNC

La exposición sistémica no es equivalente a la exposición cerebral. Un compuesto puede producir concentraciones plasmáticas mensurables o incluso sustanciales mientras alcanza sólo concentraciones limitadas en el cerebro. La relación es particularmente difícil de interpretar después de la administración intranasal, porque el material administrado puede retenerse en la cavidad nasal, eliminarse hacia el tracto respiratorio, absorberse sistémicamente o transportarse hacia el SNC a través de vías anatómicas locales.

El muestreo de LCR agrega información útil, pero el LCR no es un sustituto directo de todos los compartimentos del cerebro. El muestreo es invasivo, proporciona puntos temporales escasos y puede no representar la exposición parenquimatosa regional. El análisis del tejido cerebral terminal es más directo, aunque una curva de retención longitudinal requiere animales separados para cada punto temporal terminal. Esto aumenta la cantidad de animales necesarios y hace que el transcurso del tiempo dependa más de la variabilidad entre-sujetos.

Ni la PK del plasma ni una única medición terminal proporcionan una imagen espacial completa. Para un programa intranasal del SNC, es posible que los investigadores también necesiten saber si el artículo de prueba permanece en la cavidad nasal, llega a las vías respiratorias inferiores, se distribuye a otros órganos o muestra un patrón regional dentro del cerebro. Éstas son cuestiones tanto de distribución como de concentración.

Cómo la SPECT radiomarcada favorece la evaluación de la nariz-a-el cerebro

Un estudio de imágenes moleculares comienza con la selección de un radionúclido y una estrategia de etiquetado que se ajuste al artículo de prueba y al curso temporal biológico esperado. En el caso del seminario web, el péptido se marcó con yodo-125 (125I), un radionucleido con una vida media física-de aproximadamente 59,4 días. Su relativamente larga vida media-física es compatible con la observación en serie de horas a días, lo cual es relevante cuando la retención cerebral puede extenderse más allá de la ventana corta de imágenes de los radionucleidos PET de vida corta comúnmente utilizados.

El material etiquetado se administra a nivel de trazador. Este tipo de diseño de microdosis está destinado a proporcionar una señal de imagen detectable y al mismo tiempo minimizar la perturbación farmacológica del material marcado. Por sí solo, no establece que la preparación etiquetada se comporte de manera idéntica al fármaco no etiquetado. Esa pregunta depende del sitio de etiquetado, la actividad específica, la pureza radioquímica, la formulación y la preservación de las propiedades biológicas de la molécula original.

SPECT/CT combina información molecular-derivada de radionúclidos con un registro conjunto anatómico. Se pueden utilizar exploraciones en serie para evaluar:

• si la señal cerebral-asociada es detectable después de la administración intranasal;
• la distribución anatómica de la señal dentro de las regiones del SNC fotografiadas;
• el cambio en la señal cerebral-asociada a lo largo del tiempo; y
• disposición concurrente en la cavidad nasal, vías respiratorias, pulmones y otros órganos dentro del campo de visión.

Las mediciones resultantes se interpretan mejor como señal-asociada al trazador o distribución de material radiomarcado-. No deben describirse automáticamente como concentraciones intactas del fármaco original-a menos que la estabilidad de la etiqueta y el bioanálisis ex vivo respalden esa interpretación.

Estudio de caso: SPECT serie 125I después de la administración de péptidos intranasales en PNH

El caso fue llevado a cabo por las capacidades de investigación traslacional de NHPa y de radioquímica e imágenes moleculares de Prisys Biotech. El estudio utilizó un péptido marcado con yodo 125 administrado por vía intranasal a los NHP.

Se realizaron imágenes SPECT en serie a las 1, 24, 48, 72 y 96 horas después de la administración. La secuencia de imágenes se diseñó para examinar la presencia y distribución de la señal radiomarcada asociada al cerebro-durante un período de varios-días en lugar de depender de una única medición terminal.

El caso proporcionó tres tipos de información relacionados. En primer lugar, se observó una señal cerebral-asociada después de la dosis intranasal, lo que respalda una mayor investigación sobre la administración al SNC. En segundo lugar, la distribución de la señal podría evaluarse en regiones anatómicas del cerebro en lugar de tratarse como un único valor-cerebral completo. En tercer lugar, las exploraciones en serie mostraron cómo la señal asociada al cerebro-cambió durante el período de observación de 96 horas, incluida la retención de la señal detectable durante al menos 72 horas, como se presentó en el seminario web.

Las mismas adquisiciones también proporcionaron información fuera del CNS. La señal se evaluó en la región nasal, mejilla, tracto bronquial y pulmón. Esto es importante porque la deposición local y el aclaramiento respiratorio pueden influir en la fracción de una dosis intranasal que permanece disponible para un posible transporte de la nariz-al-cerebro. Por lo tanto, un diseño de imágenes que examine la disposición respiratoria y asociada al SNC- puede ayudar a los investigadores a interpretar la ruta de entrega como un todo en lugar de centrarse únicamente en la imagen cerebral final.

Qué puede responder el diseño del estudio

1. ¿Es detectable la señal cerebral-asociada después de la dosificación intranasal?

La SPECT en serie proporciona evidencia in vivo de que el material radiomarcado está presente en la región del cerebro de la que se obtienen imágenes después de la administración. Esto es más fuerte que inferir la liberación del SNC a partir de la exposición al plasma únicamente. El resultado aún debe describirse con precisión: las imágenes demuestran la señal del trazador asociada al cerebro-, pero por sí solas no prueban la ruta de transporte exacta ni establecen que el péptido intacto ingresó a un tipo de célula cerebral en particular.

2. ¿Dónde se acumula la señal?

SPECT/CT proporciona información espacial al nivel permitido por la modalidad, la calidad del registro, el método de reconstrucción y la resolución{0}}específica del estudio. El análisis regional puede mostrar si la señal se concentra en áreas anatómicas particulares. Esto es importante para los programas del SNC en los que un-promedio del cerebro completo podría ocultar diferencias regionales en la exposición o retención.

3. ¿Cómo cambia la señal cerebral-asociada con el tiempo?

La secuencia de 1- a 96-horas proporciona un curso de tiempo dentro del tema. Los investigadores pueden examinar el tiempo hasta la señal observada más alta, la persistencia durante la ventana de observación y el lavado aparente. Estas observaciones derivadas de imágenes se pueden considerar junto con la farmacocinética plasmática, los datos del LCR, los criterios de valoración farmacodinámicos y las mediciones de tejido ex vivo.

4. ¿A dónde va el resto de la dosis?

Las imágenes de-cuerpo completo o de campo- extendido pueden revelar una distribución concurrente fuera del cerebro. Para la dosificación intranasal, la cavidad nasal y el tracto respiratorio son especialmente relevantes. La distribución de órganos periféricos también puede ayudar a identificar patrones de exposición que pueden ser relevantes para la seguridad, la eliminación o la interpretación de la fracción aparente de administración del SNC.

5. ¿Puede el estudio reducir la dependencia del muestreo terminal?

Las imágenes en serie permiten observaciones repetidas en el mismo sujeto, lo que puede reducir la necesidad de asignar cohortes terminales separadas a cada punto temporal. El alcance de cualquier reducción depende de los objetivos del estudio, el plan de validación, la cantidad de animales, el programa de imágenes y la necesidad de confirmación directa ex vivo. Por lo tanto, las imágenes moleculares deben verse como una forma de mejorar la información obtenida de un estudio con animales, no como un sustituto automático del análisis terminal.

Lo que las imágenes no establecen por sí solas

La primera limitación es la resolución espacial y celular. La SPECT/CT puede localizar la señal radiomarcada en regiones anatómicas, pero no puede determinar si el material está dentro de las neuronas, las células gliales, los compartimentos vasculares o el espacio extracelular. La localización celular y subcelular requiere métodos como la autorradiografía, la histología, la inmunohistoquímica u otros ensayos terminales.

La segunda limitación se refiere a la identidad molecular. La cámara detecta la desintegración radiactiva del isótopo. No distingue el péptido intacto de un metabolito radiomarcado o del yodo libre si la etiqueta se libera in vivo. Por lo tanto, la estabilidad de la etiqueta debe evaluarse antes y durante el estudio, cuando corresponda. Los puntos temporales terminales seleccionados se pueden combinar con un bioanálisis ex vivo para determinar en qué medida la señal de imagen representa el artículo de prueba original.

La tercera limitación es la atribución de ruta. La señal asociada al cerebro-después de la dosificación intranasal es compatible con la administración al SNC, pero la SPECT por sí sola no puede distinguir definitivamente el transporte directo de la nariz-al-cerebro de la absorción sistémica seguida del paso posterior de la BHE, o de una combinación de rutas. Las conclusiones específicas de la ruta-requieren integración con el diseño del estudio, los datos de formulación, la farmacocinética en plasma y tejido, las mediciones del LCR cuando corresponda y los controles relevantes.

Estas limitaciones no reducen el valor de las imágenes. Definen cómo se deben utilizar los datos. Las imágenes en serie pueden identificar las regiones y los puntos temporales que justifican una investigación terminal detallada, lo que permite que el trabajo ex vivo se centre en preguntas específicas en lugar de distribuirse a lo largo de un transcurso de tiempo arbitrario.

Por qué los NHP son relevantes para el desarrollo de la nariz-hasta-el cerebro

Los roedores siguen siendo útiles para la selección de formulaciones, estudios de mecanismos y pruebas tempranas-de-conceptos. Sin embargo, la anatomía nasal y la fisiología respiratoria de los roedores difieren de las de los humanos. Los roedores respiran por la nariz de forma obligada y el epitelio olfatorio ocupa una parte proporcionalmente mayor de la cavidad nasal. Estas características pueden influir en la deposición y pueden conducir a una contribución aparente del transporte olfativo mayor de lo que se esperaría en humanos.

Los NHP brindan un contexto anatómico y fisiológico más cercano para preguntas traslacionales seleccionadas, incluida la geometría de la cavidad nasal, la organización de las vías respiratorias, el patrón de respiración, la anatomía del SNC y la compatibilidad con imágenes clínicas-equivalentes. Los datos del NHP no eliminan la incertidumbre en la traducción humana y no deben interpretarse como una predicción directa de la exposición clínica. Su valor es que permiten evaluar la ruta, la distribución regional, la retención y la disposición sistémica en un modelo con mayor relevancia para la anatomía humana que los estudios estándar con roedores para algunas cuestiones de entrega.

La elección de las especies debería seguir gobernada por la cuestión del desarrollo. Un estudio de NHP es más informativo cuando está diseñado para resolver una decisión que no puede abordarse adecuadamente in vitro o en roedores, como la selección de la formulación, la exposición regional del SNC, la evaluación del -dispositivo de administración o la relación entre la deposición local y la exposición sistémica.

Integración de imágenes con farmacología, bioanálisis y farmacología

Las imágenes moleculares son más útiles cuando se planifican como un componente de un conjunto de datos traslacional integrado. Un estudio de nariz-a-cerebro puede combinar SPECT/CT en serie con farmacocinética plasmática, muestreo de LCR, evaluaciones nasales y respiratorias, bioanálisis de tejidos, mediciones de biomarcadores y criterios de valoración farmacodinámicos.

Esta integración permite comparar varios niveles de evidencia:

• Exposición sistémica:concentración plasmática, exposición y aclaramiento;
• Exposición espacial:distribución regional del cerebro y órganos{0}}periféricos del material radiomarcado;
• Exposición temporal:cambio en la señal desde el período inicial posterior-a la dosis hasta la retención o el lavado posterior;
• Identidad molecular:la proporción de señal atribuible al material original intacto o metabolitos relevantes; y
• Efecto biológico: compromiso objetivo, respuesta de biomarcadores o farmacología funcional.

Ninguna capa es suficiente para todos los programas. La interpretación traslacional se vuelve más fuerte cuando la señal de imagen se vincula con el artículo de prueba medido, el mecanismo esperado y una respuesta biológica que sea relevante para la hipótesis terapéutica.

Papel de Prisys Biotech en los estudios de imágenes de la nariz-a-el cerebro de NHP

Prisys Biotech realiza estudios traslacionales de NHP que pueden incorporar dosificación intranasal, imágenes moleculares en serie, PK/PD, análisis de biomarcadores y evaluaciones de tejidos complementarios. El flujo de trabajo puede incluir selección de radionúclidos, radiomarcaje, preparación y purificación post-marcaje, control de calidad, SPECT/CT o PET/CT de animales grandes-y análisis de imágenes cuantitativos.

Los materiales del seminario web describen flujos de trabajo de etiquetado e imágenes aplicables a moléculas pequeñas, péptidos, proteínas, macromoléculas, nanomateriales y anticuerpos. El radionucleido y la modalidad apropiados dependen del artículo de prueba, la química del etiquetado, la cinética esperada, la ventana de observación requerida, la sensibilidad y los objetivos del estudio. Estos parámetros deben establecerse durante el diseño del estudio en lugar de seleccionarse únicamente en función de la disponibilidad de instrumentos.

Para los programas de nariz-a-cerebro, el objetivo práctico es conectar el procedimiento de entrega con un paquete de evidencia defendible: dónde se detecta el material, cómo cambia su distribución con el tiempo, qué proporción de la señal se puede atribuir a la molécula original y si la exposición está asociada con un efecto farmacológico.

Conclusión

La SPECT 125I en serie proporciona una forma de evaluar la distribución del sistema cerebral-asociado y respiratorio- después de la administración de péptidos intranasales en NHP. En el caso del seminario web, los escaneos a las 1, 24, 48, 72 y 96 horas mostraron cómo una administración de un solo nivel de trazador-podría generar información longitudinal y espacial, incluida una señal detectable-asociada al cerebro durante al menos 72 horas, tal como lo presentó el equipo de estudio.

El método no prueba de forma independiente el mecanismo exacto de transporte de la nariz-al-cerebro, la localización celular ni la concentración-parental intacta. Esas preguntas requieren controles complementarios,-evaluación de la estabilidad de las etiquetas, bioanálisis y, cuando sea necesario, métodos de tejido terminal. Su valor radica en agregar una vista repetida in vivo de la distribución y retención al marco de análisis de tejido y farmacocinética convencional-.

Para el desarrollo de fármacos para el SNC, el diseño más informativo no suele ser el de imágenes en lugar del bioanálisis. Se trata de imágenes junto con bioanálisis, farmacología y criterios de valoración traslacionales apropiados. Esta combinación puede respaldar decisiones más precisas sobre formulación, dosificación, exposición regional del SNC, retención y la siguiente etapa de desarrollo no clínico.