Dopamiini D2/D3 retseptorite pildistamine ahvilistel [18F]Fallypride'iga

Kesknärvisüsteemi (KNS) ravimite väljatöötamisel on ajju jõudnud kandidaat ületanud esimese takistuse. See, kas see haarab oma farmakoloogilise sihtmärgi, on eraldi küsimus ja plasma kokkupuude ei saa sellele vastata.

Plasmafarmakokineetika (PK), tserebrospinaalvedeliku (CSF) proovide võtmine ja kudede biojaotumine kirjeldavad, kui palju ravimit on ja kuhu see läheb. Ükski neist ei teata, kui suur osa konkreetsest retseptorist on hõivatud. Kesknärvisüsteemi terapeutiliste ravimite puhul on lünk oluline, sest farmakoloogiline aktiivsus sõltub tavaliselt sihtmärgiga seotud piisava taseme saavutamisest, mitte mõõdetava ajukontsentratsiooni saavutamisest.

Positronemissioontomograafia (PET) retseptori kuvamine mõõdab hõivatust. Radioaktiivselt märgistatud ligandid seonduvad pöörduvalt spetsiifiliste retseptoritega ja ligandi seondumise muutus pärast farmakoloogilist sekkumist kvantifitseerib, kui suure osa retseptorite kogumist ravim on endasse võtnud.

Prisys esitles toimivat näidet Prisys Biotechi veebiseminarilmolekulaarne pildistamineahviliste (NHP) uuringutes. Uuringus kasutati [18F]Fallypride'i dopamiini D2/D3 retseptoriga seondumise jälgimiseks makaakidel 150-minutilise dünaamilise PET-i omandamise kaudu, kusjuures 120 minuti möödudes manustati intravenoosselt haloperidooli.

Juhtum näitab, kuidas dünaamiline PET iseloomustab piirkondlikku retseptori sidumist, näitab farmakoloogilist nihkumist ja toetab sihtmärgi kaasamise hindamist prekliinilistes kesknärvisüsteemi programmides.

1. Miks on retseptori hõivatus tavapärasest PK-st kaugemal kui oluline?

Retseptori hõivatus on saadaolevate sihtretseptorite osakaal, mida ravim teatud ajahetkel seob. Plasmakontsentratsioon ja kogu kokkupuude kudedega kirjeldavad, kui palju ravimit on. Hõivatus kirjeldab, mida ravim retseptoril teeb.

Dopamiini D2 antagonistide ja osaliste agonistide puhul on seos plasmakontsentratsiooni ja hõivatuse vahel mittelineaarne ja küllastatav. Madalatel kontsentratsioonidel põhjustab mõõdukas kokkupuute suurenemine täituvuse suurt tõusu. Kuna sidumine läheneb küllastumisele, toob kontsentratsiooni edasine suurenemine järk-järgult väiksemat kasu.

Sellel kujul on annuse valikule otsene mõju. Antipsühhootiliste ravimite kliinilised PET-uuringud on näidanud seoseid D2-retseptori hõivatuse, ravivastuse ja ekstrapüramidaalsete sümptomite vahel. Hõivatuse mõõtmine näitab seega, kas kandidaat saavutab sobiva kaasatuse taseme, ilma et see suurendaks kokkupuudet, kui farmakoloogia nõuab.

Sama loogika kehtib ka teiste dopamiinile suunatud mehhanismide kohta. D2 osaline agonist vajab oma toime saavutamiseks piisavalt hõivatust, jättes samal ajal ruumi endogeense dopamiinergilise signaaliülekande jaoks. Ekstrastriataalsetele retseptoritele suunatud ühendid vajavad nendes piirkondades tõendatavat seondumist ja kõrge striataalne neeldumine üksi seda ei näita.

2. Mida [18F]Fallypride PET mõõdab?

[18F]Fallypride on asendatud bensamiidi radioligand, millel on kõrge afiinsus dopamiini D2-sarnaste retseptorite, sealhulgas alatüüpide D2 ja D3 suhtes. Seondumine on pöörduv, nii et sama märgistust saab jälgida ühe seansi jooksul seostamise ja dissotsiatsiooni kaudu.

Selle afiinsus on piisavalt kõrge, et teatada seondumisest madala retseptoritihedusega piirkondades, sealhulgas kortikaalsetes ja talamuse piirkondades. Enamik teisi dopamiini retseptori märgistusaineid töötati välja suure tihedusega piirkondade jaoks ja annavad väljaspool juttkehast vähe kasutatavat signaali.

Fluor-18 füüsiline poolestusaeg on umbes 110 minutit, mis on piisavalt pikk dünaamilise protokolli jaoks, mis fikseerib kohaletoimetamise, piirkondliku kogunemise ja väljauhtumise ühe hankimisega.

Kehtivad kaks tõlgendamispiirangut. [18F]Fallypride ei eralda D2-d D3-st, seega on signaal D2/D3 siduv ja ei midagi täpsemat. PET-signaali intensiivsus ei võrdu ka retseptorite arvuga. Mõõdetud radioaktiivsus ühendab märgistusaine kohaletoimetamise, mittespetsiifilise jaotuse, spetsiifilise seondumise ja märgistusaine kineetika ning nende komponentide eraldamine nõuab kineetilist analüüsi.

3. NHP juhtum: dünaamiline PET-kujutis haloperidooli väljakutsega

Dr Liu näites kasutati [18F]Fallypride PET-i cynomolgus ahvidel, et iseloomustada märgise jaotust ja piirkondlikku retseptoriga seondumist normaalses ajus. Eesmärk oli pigem algtaseme kirjeldus kui haiguse mudel või terapeutiline kandidaat.

Omandamine kestis 150 minutit. 120 minuti pärast manustati intravenoosselt haloperidooli farmakoloogilise blokeeriva väljakutsena.

Striataalsed ja ekstrastriaalsed piirkonnad käitusid erinevalt. Ekstrastriataalsed piirkonnad saavutasid haripunkti üldiselt varem ja puhastusid kiiremini. Kahepoolne striaat saavutas haripunkti hiljem ja säilitas märgise kauem.

Retseptori tihedus selgitab mustrit. Suure tihedusega piirkonnas, näiteks juttkehas, pärineb suurem osa signaalist spetsiifilisest seondumisest. Kui tihedus on väiksem, kannavad märgistusaine kohaletoimetamine ja mittespetsiifiline jaotus seda proportsionaalselt rohkem.

See erinevus piirab õppekava. Üks staatiline pilt ühel kindlal ajahetkel ei saa iseloomustada korraga striataalset ja ekstrastriataalset sidumist, seega peavad omandamise ajastus ja analüüsiplaan arvestama piirkondliku kineetikaga.

Haloperidooli proovile lisati farmakoloogiline test. Haloperidool on dopamiiniretseptori antagonist ja konkureerib [18F]Fallypride'iga samade seondumiskohtade pärast. Pärast doseerimist langeb märgistusaine sidumine piirkondadesse, kus signaal on suures osas spetsiifiline D2/D3 seondumine. See nihe toetab nii piirkondliku signaali spetsiifilisust kui ka pöörduvust.

4. Kuidas määratakse retseptori hõivatust ja sidumispotentsiaali?

Ainuüksi kujutised ei saa esitada kvantitatiivset farmakoloogilist väidet. Suurem osa teabest asub aja-aktiivsuse kõveral (TAC), mis jälgib radioaktiivsuse kontsentratsiooni valitud piirkonnas kogu omandamise ulatuses. Selle kuju peegeldab märgistusaine kohaletoimetamist, retseptorite seost, dissotsiatsiooni ja kliirensit.

Pöörduvate märgistusainete puhul põhineb kvantifitseerimine tavaliselt võrdluspiirkonnal, mille spetsiifiline seos sihtmärgiga on tühine. See piirkond hindab nihutamatut märgise jaotust ja võimaldab analüüsil eraldada spetsiifilise sidumise ülejäänud signaalist.

Kõige sagedamini teatatud parameeter on mitteasendatud sidumispotentsiaal (BP_ND), valitud kineetilise mudeli eelduste kohaselt konkreetselt seotud märgistusaine ja mitteasendatud märgistusaine suhe tasakaalus. Võrdluskoe mudelid või muud valideeritud kineetilised lähenemisviisid hindavad seda olenevalt jälgimisainest ja omandamiskujundusest.

Hõivatus tuleneb seejärel sidumispotentsiaali võrdlusest enne ja pärast konkureerivat ravimit:

Retseptori hõivatus (%)=[(BP_{ND, lähtetase}− BP_{ND, ravim}) / BP_{ND, lähtetase}] × 100

Vererõhu langus_NDpärast doseerimist jääb radioligandile kättesaadavaks vähem kohti. Uuringu eelduste kohaselt hindab see sügis retseptori hõivatust.

Aritmeetika on lihtne. Usaldusväärsus ei ole. Füsioloogiline stabiilsus, järjekindel omandamine, täpne piirkonna määratlus, liikumise korrektsioon ja asjakohane kineetiline mudel – kõik need sisalduvad hinnangus.

Veebiseminari väljakutse kujundus rakendab sama põhimõtet ühe seansi jooksul. Selle asemel, et võrrelda eraldi algtaseme ja ravijärgseid skaneeringuid, antakse blokeeriv aine ühe dünaamilise omandamise käigus ja nihe loetakse otse aja-aktiivsuse kõveralt. Vähem pildistamise seansse tähendab vähem seansside vahelist muutlikkust, mida juhtida. See paneb kaalu ka konstruktsioonivalikutele: väljakutse ajastus, blokeerimisdoos ja pärast doseerimist järelejäänud omandamise pikkus määravad kindlaks, kas nihe on mõõtmiseks piisavalt hästi fikseeritud.

5. Mida võib ühekordse annusega väljakutse näidata?

Üheannuseline väljakutse testib märgistusaine spetsiifilisust ja pöörduvat sihtmärgi sidumist. See ei tekita annuse ja hõivatuse suhet.

See piir on oluline, kui PET-i tulemused annavad arenguotsuse aluseks. Üks blokeeriv annus on üks sekkumispunkt. Nihutamine sellel hetkel toetab signaali sihtmärgi poolt vahendatud lugemist ega ütle midagi selle kohta, kuidas hõivatus kontsentratsioonide vahel liigub.

Kvantitatiivne annuse ja hõivatuse suhe vajab mitut doositaset, ideaaljuhul mõõdetuna plasma PK-d, nii et hõivatust saab seostada süsteemse kokkupuutega. Selline konstruktsioon kaardistab kontsentratsiooni ja haakumist, tuvastab kokkupuutevahemiku, mis on seotud antud hõivatusvahemikuga, ja toetab farmakoloogilist annuse valikut.

Kolm täiendavat punkti mõjutavad tõlgendamist.

Farmakoloogiline selektiivsus:haloperidool ei ole D2/D3 suhtes selektiivne. Samuti interakteerub see sigma-1 ja serotoniini 5-HT2A retseptoritega. Selle kasutamist blokeeriva ainena võrreldakse seetõttu piirkondliku märgistusjaotusega ja täheldatud nihkega, mitte kui tõendiga, et iga mõju kulgeb läbi D2/D3.

Füsioloogilised seisundid:anesteesia ja füsioloogilised muutused mõjutavad aju verevoolu, märgistusaine kohaletoimetamist ja võib-olla ka endogeenset dopamiinergilist aktiivsust. Need muutujad vajavad kogu pildiseansi jooksul kontrolli ja dokumenteerimist.

Hõivatus versus tõhusus:hõivatus näitab sihtmärgi seotust, mitte terapeutilist kasu. Ühend võib hõivata oma retseptori praktiliselt ilma kavandatud allavoolu reaktsiooni tekitamata.

Seetõttu kuulub retseptorite kuvamine pigem teiste farmakodünaamiliste lõpp-punktide kõrvale, mitte ei aita neid.

6. Miks kasutada dopamiiniretseptori PET-uuringutes ahvilisi?

NHP pildistamine sobib kvantitatiivse kesknärvisüsteemi retseptori tööga, eriti kui küsimus hõlmab striataalseid ja ekstrastriaalseid populatsioone koos.

Näriliste PET on hästi välja kujunenud, kuid väike aju piirab piirkondlikku kvantifitseerimist. Osalised mahuefektid muutuvad tõsiseks, kui huvipakkuv piirkond läheneb skanneri ruumilisele eraldusvõimele ja külgnevate struktuuride eraldamine muutub ebausaldusväärseks. Kõige rohkem kannatavad väikesed ekstrastriataalsed piirkonnad.

Suurem aju võimaldab praktiliselt piiritleda juttkeha, talamuse ja ajukoore piirkonnad. NHP-d ühendavad ka näriliste farmakoloogiat ja kliinilist neuropilti: neuroanatoomiline korraldus ja dopamiinergiline süsteem sarnanevad piisavalt palju inimese paigutusega, et muuta jaotus, retseptoriga seondumine ja farmakoloogiline reaktsioon translatsioonikeskkonnas mõõdetavaks.

Teine eelis on sama looma korduv pildistamine. Subjektisisesed disainilahendused vähendavad retseptorite saadavuse ja füsioloogia üksikisikutevahelise varieerumise mõju, mis on oluline, kui oodatav mõju on väike või kui seondumist tuleb aja jooksul jälgida.

NHP andmed ei ole inimeste PET mõõtmistega asendatavad. Füsioloogia, märgistusaine kineetika, anesteesia ja katsetingimused on erinevad ning neid erinevusi tuleb kvantitatiivsete leidude tõlkimisel käsitleda. Sobitatud pildistamisviisid ja analüütilised meetodid vähendavad metodoloogilist lõhet.

7. Retseptorkuvamise integreerimine kesknärvisüsteemi ravimite väljatöötamisse

Retseptor PET annab kõige suurema panuse, kui see on seotud laiema farmakoloogia ja PK/PD strateegiaga.

Eesmärk on kaasamise hindamine. Enne suuremate efektiivsusuuringutega tegelemist saab meeskond kindlaks teha, kas kandidaat jõuab ajju ja hõivab selle retseptori asjakohase süsteemse kokkupuute korral.

Järgneb annuse valik. Hõive, mida mõõdetakse mitmel doositasemel ja integreeritakse plasma PK-ga, annab kokkupuute ja hõivatuse suhte, mis annab mehaanilise aluse annuste valimiseks hilisemates uuringutes, sealhulgas varases kliinilises töös.

Kandidaatide võrdlus on kolmas kasutusala. Kui mitmel ühendil on ühine molekulaarne sihtmärk, täiendavad PET-i hõivatuse andmed in vitro seondumisafiinsust ja tavapärast PK-d ning võimaldavad võrrelda in vivo seotust sobitatud kokkupuute korral.

Lugege koos teiste lõpp-punktidega, need mõõtmised kirjeldavad programmi põhjalikumalt.

Nende mõõtmiste kombineerimine ühendab kokkupuute, sihtmärgi seotuse ja allavoolu farmakoloogilise vastuse.

8. NHP retseptori PET praktilised kaalutlused ja piirangud

Kvantitatiivne retseptor PET premeerib hoolikat disaini ja märgistusspetsiifilist valideerimist.

Võrdluspiirkonna eeldus on enamiku kvantitatiivsete lähenemisviiside aluseks. Valitud piirkond vajab ebaolulist spetsiifilist sidumist sihtmärgiga ning selle sobivus märgistusaine ja kasutatava liigi jaoks tuleb kindlaks teha.

Liikumine on oluline pikkade dünaamiliste omandamiste ajal. Väikesed liikumised nihutavad anatoomilist registreeringut ja moonutavad piirkondlikke aja-aktiivsuse kõveraid, mis levivad siduvatesse hinnangutesse.

Testi ja kordustesti varieeruvus vajab iseloomustamist alati, kui seostumise muutus on esmane tulemusnäitaja. Ilma varieeruvuse algtasemeta on tõeline farmakoloogiline toime ja mõõtmiste erinevus ühesugused.

Eelnevalt tuleks kontrollida märgistusaine sidumisomadusi ja sihtmärgiväliseid koostoimeid. Kui nõutakse alatüübispetsiifilist teavet, ei saa [18F]Fallypride eraldada D2 ja D3 panused.

Need nõuded seavad tingimused retseptori PET kasutamiseks: sobiv märgistus, määratletud kvantitatiivsed lõpp-punktid ja enne uuringu algust kokku lepitud analüüsikriteeriumid.

Järeldus

[18F]Fallypride PET cynomolgus ahvidel näitab, mida retseptori pildistamine in vivo lisab: piirkondlik D2/D3 seondumine, striataalne ja ekstrastriataalne kineetika, millele järgnes 150-minutilise dünaamilise omandamisega, ja farmakoloogiline nihkumine pärast intravenoosset haloperidooli manustamist 120 minuti pärast.

Laiem panus on küsimus, millele see vastab. Retseptor PET teeb kindlaks, kas kandidaat seob oma kavandatud sihtmärgi antud kokkupuutel, mida ükski plasma PK kõver, CSF proov ega biojaotuskujutis ei lahenda üksi.

Lugedes tavapäraste PK, tserebrospinaalvedeliku proovide, bioloogilise jaotumise pildistamise ja funktsionaalsete farmakodünaamiliste lõpp-punktide abil, täidavad hõivatuse andmed ahela kokkupuutest farmakoloogilise aktiivsuseni.

Kokkupuude, sihtmärgi seotus ja terapeutiline efektiivsus jäävad erinevateks suurusteks. Nende eraldiseismine muudab tõlkeuuringu informatiivseks ja arendusotsuse kaitstavaks.

Molekulaarkujutise veebiseminari juhtumite sari

See artikkel lõpetab kuueosalise Prisys Biotechi veebiseminaride sarja NHP-uuringute molekulaarse pildistamise kohta. Iga osa võttis ühe küsimuse.

Järgnes esimenekogu keha bioloogilise jaotumise pildistaminejood-125 SPECT-iga NHP-des, küsides, kuidas märgistatud ühend aja jooksul organite vahel jaotub. Teine küsis, kas intranasaalselt manustatud ühend jõuab ajju, ja kasutas sedaninast ajusse kohaletoimetamineSPECT mõõtes, et sellele vastata. Kolmas sai läbiAktiinium-225 inimese doosi projektsioonNHP pildiandmetest, sealhulgas neeldumisdoosi hinnangust ja inimtegevuse hinnangutest. Neljas rajatudpikisuunaline tau PETreesusmakaagi mudelis. Viies kandideerisVMAT2 PETahviliste mudelisParkinsoni tõbidopamiinergilise puudujäägi kvantifitseerimiseks in vivo.

Lugedes komplektina, liiguvad need kuus jaotusest kohaletoimetamise, dosimeetria, haiguse progresseerumise ja dopamiinergilise defitsiidi kaudu retseptorite saadavuseni, mis on punkt, kus pildinäit hakkab vastama farmakoloogilisele küsimusele.

Pildistamismeetodi valimine järgib teaduslikku küsimust. Erinevad märgistusained, omandamisprotokollid ja analüütilised lähenemisviisid annavad täiendavat teavet ja kombinatsioon tugevdab prekliinilise farmakoloogia andmete tõlgendamist.

Täiendava konteksti jaoks on sarjaga kaasas ülevaateartikkel molekulaarkujutise rakenduste kohta NHP-uuringutes ja ravimite translatsiooni arendamisel.

Võtke ühendust Prisys Biotechnologiesiga