[18F]Fallypride を使用した非ヒト霊長類のドーパミン D2/D3 受容体のイメージング

中枢神経系（CNS）の薬剤開発において、脳に到達する候補物質が最初のハードルをクリアした。それがその薬理学的標的に関与するかどうかには別の問題があり、血漿曝露はそれに答えることはできません。

プラズマ薬物動態 (PK)、脳脊髄液（CSF）サンプリング、および組織の生体内分布は、薬物がどれだけ存在し、どこに行くかを説明します。どれも、特定の受容体がどの程度占有されているかを報告していません。 CNS治療薬の場合、薬理活性は通常、測定可能な脳濃度の達成よりも、標的の関与が適切なレベルに達するかどうかに依存するため、ギャップは重要です。

陽電子放射断層撮影法 (PET) 受容体イメージングは​​、その占有率を測定します。放射性標識リガンドは特定の受容体に可逆的に結合し、薬理学的介入後のリガンド結合の変化により、薬剤が受容体プールのどれだけを取り込んだかを定量化します。

Prisys は、Prisys Biotech ウェビナーで実際の例を紹介しました。分子イメージング非ヒト霊長類（NHP）の研究において。この研究では、[18F]Fallypride を使用して、120 分の静脈内ハロペリドールチャレンジを伴う 150 分間の動的 PET 取得を通じてカニクイザルにおけるドーパミン D2/D3 受容体結合を追跡しました。

この症例は、ダイナミック PET がどのように局所的な受容体結合を特徴づけ、薬理学的置き換えを実証し、前臨床 CNS プログラムにおける標的結合評価をサポートするかを示しています。

1. 受容体占有率が従来の PK を超えて重要である理由

受容体占有率は、特定の時間に薬物が結合する利用可能な標的受容体の割合です。血漿濃度と組織への総曝露量は、存在する薬物の量を表します。占有率は、薬剤が受容体で何をしているかを表します。

ドーパミン D2 アンタゴニストと部分アゴニストの場合、血漿濃度と占有率の関係は非線形であり、飽和可能です。低濃度では、暴露量がわずかに増加すると占有率が大幅に増加します。結合が飽和に近づくにつれて、濃度がさらに増加すると、増加は徐々に小さくなります。

その形状は投与量の選択に直接影響します。抗精神病薬の臨床 PET 研究では、D2 受容体占有率、治療反応、錐体外路症状との関連性が確立されています。したがって、占有率を測定することで、候補者が薬理学が必要とする以上に露出を高めることなく、適切なレベルの関与に達しているかどうかがわかります。

同じロジックが他のドーパミン主導のメカニズムにも当てはまります。 D2 部分アゴニストは、内因性ドーパミン作動性シグナル伝達のための余地を残しながら、その効果を発揮するのに十分な占有を必要とします。線条体外受容体を標的とする化合物は、それらの領域での実証可能な結合を必要とするが、線条体への高い取り込みだけではそれを示さない。

2. [18F]Fallypride PET は何を測定しますか?

[18F]Fallypride は、D2 および D3 サブタイプを含むドーパミン D2 様受容体に対して高い親和性を持つ置換ベンズアミド放射性リガンドです。バインディングは可逆的であるため、1 つのセッション内で結合と解離を介して同じトレーサーを追跡できます。

その親和性は、皮質領域や視床領域などの受容体密度の低い領域での結合を報告するのに十分なほど高いです。他のほとんどのドーパミン受容体トレーサーは高密度領域用に開発されており、線条体の外側では使用可能な信号をほとんど返しません。

フッ素-18 の物理的半減期は約 110 分で、1 回の取得で送達、局所的蓄積、洗い流しを捕捉する動的プロトコルには十分な長さです。

2 つの解釈制限が適用されます。 [18F]Fallypride は D2 を D3 から分離しないため、シグナルは D2/D3 結合であり、それ以上の特異性はありません。 PET シグナル強度も受容体の数と等しくありません。測定された放射能は、トレーサー送達、非特異的分布、特異的結合、およびトレーサー動態を組み合わせたものであり、これらの成分を分離するには動態解析が必要です。

3. NHP の事例: ハロペリドールを用いたダイナミック PET イメージング

Liu 博士の例では、カニクイザルの [18F]Fallypride PET を使用して、正常な脳におけるトレーサーの分布と局所的な受容体結合を特徴づけました。目的は、疾患モデルや治療候補ではなく、ベースラインの説明でした。

取得は 150 分間実行されました。 120 分の時点で、薬理学的遮断チャレンジとしてハロペリドールを静脈内投与しました。

線条体領域と線条体外領域は異なる挙動を示しました。線条体外領域は一般に、より早くピークに達し、より早く消失します。両側線条体は後でピークに達し、トレーサーをより長く保持しました。

受容体密度によってパターンが説明されます。線条体のような高密度領域では、シグナルの大部分は特異的結合から生じます。密度が低い場合、トレーサー送達と非特異的分布により、比例してより多くの密度が運ばれます。

その違いが研究デザインに制約を与えます。 1 つの固定時点での単一の静止画像では、線条体と線条体外の結合を一度に特徴付けることはできないため、取得のタイミングと分析計画は領域の動態を考慮する必要があります。

ハロペリドールチャレンジには薬理学的試験が追加されました。ハロペリドールはドーパミン受容体アンタゴニストであり、同じ結合部位について [18F]Fallypride と競合します。投与後、トレーサー結合は、シグナルが主に特異的な D2/D3 結合である領域に収まります。この変位は、領域信号の特異性と可逆性の両方をサポートします。

4. 受容体の占有率と結合能はどのように定量化されますか?

画像だけでは定量的な薬理学的主張を伝えることはできません。ほとんどの情報は時間放射能曲線 (TAC) に含まれており、取得全体にわたる選択された領域の放射能濃度を追跡します。その形状は、トレーサーの送達、受容体の会合、解離、およびクリアランスを反映しています。

可逆的トレーサーの場合、定量は通常、標的への特異的結合が無視できる参照領域に依存します。この領域は、非置換トレーサーの分布を推定し、分析で残りの信号から特異的結合を分離できるようにします。

最も頻繁に報告されるパラメーターは、非置換結合電位 (BP) です。_ND)、選択された動力学モデルの仮定の下での平衡状態における、特異的に結合したトレーサーと非置換トレーサーの比。トレーサーと収集の設計に応じて、参照組織モデルまたはその他の検証された速度論的アプローチによって推定されます。

占有率は、競合薬の前後の結合可能性の比較から得られます。

受容体占有率 (%)=[(BP_{ND、ベースライン}− 血圧_ND、薬物) / 血圧_{ND、ベースライン}] × 100

血圧の低下_ND投与後は、放射性リガンドが利用できる部位が少なくなることを意味します。研究の仮定の下では、その秋は受容体占有率を推定します。

算術は簡単です。信頼性はありません。生理学的安定性、一貫した取得、正確な領域の定義、動きの補正、および適切な運動モデルはすべて推定値に反映されます。

ウェビナーのチャレンジ設計では、1 つのセッション内で同じ原則が適用されます。個別のベースラインスキャンと治療後のスキャンを比較する代わりに、単一の動的収集中に遮断剤が投与され、変位が時間活動曲線から直接読み取られます。イメージング セッションが少ないほど、制御すべきセッション間の変動が少なくなります。また、設計の選択にも重点を置きます。チャレンジのタイミング、ブロック線量、および投与後に残る取得の長さのすべてが、変位が測定に十分に捕捉されるかどうかを決定します。

5. 単回投与チャレンジで何が実証できますか?

単回投与チャレンジでは、トレーサーの特異性と可逆的なターゲット結合をテストします。線量と占有率の関係は生じません。

PET の結果が開発決定の材料となる場合、この制限は重要になります。 1 ブロック線量は 1 介入ポイントです。その点での変位は、ターゲットを介した信号の読み取りをサポートしますが、占有率が濃度間でどのように移動するかについては何も述べていません。

定量的な線量と占有の関係には、占有を全身曝露と関連付けることができるように、理想的には血漿 PK を並行して測定するいくつかの線量レベルが必要です。このような設計は、関与に対して濃度をマッピングし、特定の占有帯域に関連付けられた曝露範囲を特定し、薬理学的用量の選択をサポートします。

さらに 3 つの点が解釈に関係します。

薬理学的選択性:ハロペリドールは D2/D3 に対して選択的ではありません。また、シグマ-1 およびセロトニン 5-HT2A 受容体とも相互作用します。したがって、ブロッキング剤としてのその使用は、すべての影響が D2/D3 に及ぶという証拠としてではなく、地域のトレーサー分布と観察された変位に対して解釈されます。

生理学的状態:麻酔と生理学的変化は、脳血流、トレーサー送達、そしておそらくは内因性ドーパミン作動性活性に影響を与えます。これらの変数は、イメージング セッション全体での制御と文書化が必要です。

占有率と有効性:占有率は治療効果ではなく、ターゲットへの関与を示します。化合物は、意図した下流応答を実質的に生じさせることなく、その受容体を占有することができる。

したがって、受容体イメージングは​​他の薬力学的エンドポイントの代わりとなるのではなく、それらと並行して行われます。

6. ドーパミン受容体の PET 研究にヒト以外の霊長類を使用する理由は何ですか?

NHP イメージングは​​、特に質問が線条体集団と線条体外集団を一緒にカバーする場合に、定量的な CNS 受容体の働きに適しています。

げっ歯類の PET は十分に確立されていますが、脳が小さいため、領域の定量化が制限されます。部分ボリューム効果は、関心領域がスキャナーの空間解像度に近づくと深刻になり、隣接する構造を分離する信頼性が低くなります。小さな線条体外領域が最も被害を受けます。

脳が大きくなると、線条体、視床、皮質領域の実際的な描写が可能になります。 NHP はまた、げっ歯類の薬理学と臨床神経画像の橋渡しをします。神経解剖学的組織とドーパミン作動系は、分布、受容体結合、および薬理学的応答をトランスレーショナル設定で測定できるほど人間の配置に非常によく似ています。

同じ動物で繰り返しイメージングできることももう 1 つの利点です。被験者内設計は、受容体の利用可能性と生理機能における個体間変動の影響を軽減します。これは、期待される効果が小さい場合、または結合を長期にわたって追跡する必要がある場合に重要です。

NHP データは人間の PET 測定と互換性がありません。生理学、トレーサー動態、麻酔、実験条件は異なるため、定量的な結果を翻訳する際にはこれらの違いを処理する必要があります。適合した画像モダリティと分析手法により、方法論的なギャップが狭まります。

7. 受容体イメージングを中枢神経系医薬品開発に統合する

受容体 PET は、より広範な薬理学および PK/PD 戦略内に位置する場合に最も貢献します。

ターゲットのエンゲージメント評価が最初に行われます。チームは、より大規模な有効性研究に取り組む前に、関連する全身曝露時に候補物質が脳に到達し、その受容体を占有するかどうかを確認できます。

用量の選択は次のとおりです。いくつかの用量レベルにわたって測定され、血漿PKと統合された占有率は、初期の臨床研究を含む後の研究で用量を選択するためのメカニズムの基礎となる、曝露と占有率の関係を示します。

候補の比較は 3 番目の使用法です。いくつかの化合物が分子標的を共有する場合、PET 占有率データは in vitro 結合親和性と従来の PK を補完し、一致した曝露で in vivo 結合を比較できるようになります。

他のエンドポイントと合わせて読むと、これらの測定値はプログラムをより完全に説明します。

これらの測定を組み合わせることで、曝露、標的の関与、下流の薬理学的反応が結びつきます。

8. NHP 受容体 PET の実際的な考慮事項と限界

定量的受容体 PET は、慎重な設計とトレーサー固有の検証に報います。

参照領域の仮定は、ほとんどの定量的アプローチを支えます。選択した領域はターゲットへの特異的結合が無視できる程度である必要があり、使用するトレーサーと種に対してその適合性を確立する必要があります。

長時間にわたるダイナミックな取得ではモーションが重要になります。小さな動きにより解剖学的位置がずれ、局所的な時間活動曲線が歪み、それが結合推定値に伝播します。

結合の変化が主要エンドポイントである場合は常に、テストと再テストの変動性の特性評価が必要です。ベースラインの変動値がなければ、真の薬理効果と測定値の差は同じように見えます。

トレーサーの結合特性とオフターゲット相互作用を事前に確認する必要があります。サブタイプ固有の情報が必要な場合、[18F]Fallypride は D2 と D3 の寄与を分離できません。

これらの要件により、適切なトレーサー、定義された定量的エンドポイント、および研究開始前に合意された分析基準など、受容体 PET を使用するための条件が設定されます。

結論

[18F]カニクイザルのファリープライド PET は、受容体イメージングが in vivo で何を追加するかを示します。局所的な D2/D3 結合、150 分間の動的取得にわたる線条体および線条体外の動態、および 120 分のハロペリドール静脈内投与後の薬理学的置換です。

より広範な貢献は、それが疑問に答えるものです。受容体 PET は、血漿 PK 曲線、CSF サンプル、または生体内分布画像が独自に解決することのできない、候補者が所定の曝露で意図した標的に関与しているかどうかを確認します。

従来のPK、CSFサンプリング、生体内分布イメージング、および機能的薬力学エンドポイントを使用して読み取ると、占有率データは曝露から薬理学的活性までのチェーンを完成させます。

曝露、標的への関与、および治療効果は、明確な量のままです。それらを明確に区別することで、トランスレーショナル研究が有益になり、開発上の決定が防御可能になります。

分子イメージングウェビナー事例シリーズ

この記事は、NHP 研究における分子イメージングに関する 6 部構成の Prisys Biotech ウェビナー シリーズを終了します。各パートには 1 つの質問がありました。

最初に続いたのは全身生体内分布イメージングNHP でヨウ素 125 SPECT を使用し、標識化合物が時間の経過とともに臓器全体にどのように分布するかを調べます。 2番目の質問は、鼻腔内に投与された化合物が脳に到達するかどうかを尋ね、鼻から脳への配達SPECTで測定して答えます。 3番目はうまくいきましたアクチニウム 225 のヒト線量予測吸収線量の推定や人間の活動の推定を含む、NHP 画像データからのデータ。 4番目の追跡縦方向タウ PETアカゲザルモデルで。 5番目に適用されたVMAT2 PET非ヒト霊長類モデルではパーキンソン病in vivo でのドーパミン作動性欠損を定量化します。

6 つをセットとして読むと、分布から送達、線量測定、疾患の進行、ドーパミン作動性欠損から受容体の利用可能性まで、画像読み取り値が薬理学的な疑問に答え始めるポイントとなります。

イメージング方法の選択は、科学的な問題に従って行われます。さまざまなトレーサー、取得プロトコル、分析アプローチから補完的な情報が得られ、その組み合わせにより前臨床薬理データの解釈が強化されます。

さらに詳しい内容については、このシリーズには、NHP 研究およびトランスレーショナル創薬における分子イメージングの応用に関する概要記事が付属しています。

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