NHP における鼻から-脳への分娩: 125I SPECT ケーススタディ

の血液脳関門(BBB) は、中枢神経系 (CNS) の薬剤開発における主要な制約の 1 つです。これにより、多くの小分子やほとんどの生物製剤の脳実質への侵入が制限されます。鼻腔内、または鼻から-脳への送達-鼻腔は嗅覚経路および三叉神経経路を介して解剖学的にCNSに接続されているため、注目を集めています。これらの経路は、体循環だけでは説明できない脳へのアクセスを提供する可能性があります。

科学的な課題は、単に鼻腔内経路を選択することではありません。それは、投与された物質がどこに行くか、脳に関連する信号の量、その信号が時間の経過とともにどのように変化するか、そして観察が剥離した標識や代謝物ではなく無傷の被験物質を反映しているかどうかを実証することです。血漿薬物動態学 (PK) では、これらの質問に答えることができません。脳脊髄液 (CSF) のサンプリング限られたコンパートメントと限られた数の時点からの情報を提供します。終末期の脳分析は直接的な組織測定を提供しますが、通常、各動物は 1 つの終末期観察に寄与します。

放射性標識分子イメージングは、非ヒト霊長類（NHP）におけるこれらの質問に対処するための補完的な方法を提供します。{0}放射性標識された試験品を連続 SPECT/CT と組み合わせることで、研究者は同じ動物の脳内および体全体のトレーサー関連信号を長期にわたって追跡できます。{2}この記事では、ヨウ素 125 標識ペプチドの事件について説明します。Prisys Biotech 分子イメージングウェビナーそして、研究デザインで何が実証できるのか、何が実証できないのかを説明します。

血漿 PK が CNS 送達を評価するのに十分ではない理由

全身被曝は脳被曝と同等ではありません。化合物は、測定可能な血漿中濃度、さらには実質的な血漿中濃度を生成する可能性がありますが、脳内では限られた濃度にのみ到達します。鼻腔内投与後は、投与された物質が鼻腔内に滞留したり、気道に排出されたり、全身に吸収されたり、局所的な解剖学的経路を通ってCNSに輸送されたりする可能性があるため、この関係を解釈するのは特に困難です。

CSF サンプリングは有益な情報を追加しますが、CSF はすべての脳区画の直接の代用物ではありません。サンプリングは侵襲的であり、まばらな時点を提供するため、局所的な実質曝露を表さない可能性があります。終末期の脳組織分析はより直接的ですが、縦方向の保持曲線では終末時点ごとに別々の動物が必要です。これにより、必要な動物の数が増加し、時間経過が被験者間の変動にさらに依存するようになります。-

血漿 PK も単一端末の測定も、完全な空間像を提供するものではありません。鼻腔内 CNS プログラムの場合、研究者は、被験物質が鼻腔内に留まるか、下気道に到達するか、他の臓器に分布するか、または脳内の局所的なパターンを示すかどうかを知る必要がある場合もあります。これらは集中力の問題であると同時に分布の問題でもあります。

放射性同位元素標識 SPECT が鼻から脳までの評価をどのようにサポートするのか{0}{1}

分子イメージング研究は、被験物質と予想される生物学的時間経過に適合する放射性核種と標識戦略の選択から始まります。ウェビナーの場合、ペプチドは、物理的半減期が約 59.4 日の放射性核種であるヨウ素 -125 (125I) で標識されました。-。その比較的長い物理的半減期は、数時間から数日にわたる連続観察に適合します。これは、脳の保持が一般的に使用される短寿命 PET 放射性核種の短い画像化ウィンドウを超えて延長される可能性がある場合に関連します。

標識物質はトレーサーレベルで投与されます。このタイプの微量投与設計は、標識物質による薬理学的混乱を最小限に抑えながら、検出可能なイメージング信号を提供することを目的としています。それ自体では、標識された製剤が標識されていない治療薬と同じように作用することを確立するものではありません。その疑問は、標識部位、比活性、放射化学的純度、配合、および親分子の生物学的特性の保存に依存します。

SPECT/CT は、放射性核種由来の分子情報と解剖学的同時登録を組み合わせます。{0}{1}シリアル スキャンを使用して以下を評価できます。

• 鼻腔内投与後に脳関連信号が検出可能かどうか。-
• 画像化されたCNS領域内の信号の解剖学的分布。
• 時間の経過に伴う脳関連信号の変化。{0}そして
• 視野内の鼻腔、気道、肺、および他の器官における同時配置。

結果として得られる測定値は、トレーサーに関連する信号または放射性標識物質の分布として解釈するのが最適です。{0}ラベルの安定性と ex vivo 生物分析がその解釈を裏付ける場合を除き、それらはそのままの親薬物濃度として自動的に記述されるべきではありません。-

ケーススタディ: NHP における鼻腔内ペプチド投与後のシリアル 125I SPECT

この症例は、Prisys Biotech の NHP トランスレーショナルリサーチ能力、放射化学および分子イメージング能力によって実施されました。この研究では、NHP に鼻腔内投与されるヨウ素 125 標識ペプチドが使用されました。

投与後 1、24、48、72、および 96 時間後に連続 SPECT イメージングを実行しました。このイメージング シーケンスは、単一の最終測定に依存するのではなく、数日にわたる脳関連の放射性標識信号の存在と分布を調べるように設計されました。{6}{7}

この事件では、関連する 3 種類の情報が提供されました。まず、鼻腔内投与後に脳関連信号が観察され、CNS 送達のさらなる研究が裏付けられました。第 2 に、単一の脳全体の値として扱うのではなく、信号の分布を解剖学的脳領域全体に渡って評価できる可能性があります。-第三に、ウェビナーで提示されたように、検出可能な信号が少なくとも 72 時間保持されることを含め、連続スキャンにより、脳関連信号が 96 時間の観察期間中にどのように変化したかが示されました。{5}}

同じ買収により、CNS 以外の情報も提供されました。信号は、鼻領域、頬、気管支、肺で評価されました。これは、局所的な沈着と呼吸クリアランスが、潜在的な鼻から脳への輸送に利用可能な鼻腔内線量の割合に影響を与える可能性があるため、重要です。{2}}したがって、CNS 関連と呼吸器質の両方を検査する画像設計は、研究者が最終的な脳画像だけに焦点を当てるのではなく、送達ルートを全体として解釈するのに役立ちます。

研究デザインで答えられること

1. 鼻腔内投与後に脳関連信号は検出可能ですか?{1}}

連続ＳＰＥＣＴは、投与後に画像化された脳領域に放射性標識物質が存在するという生体内証拠を提供する。これは、血漿曝露のみから CNS 送達を推測するよりも強力です。結果は依然として正確に説明される必要があります。画像は脳に関連するトレーサー信号を示していますが、それ自体では正確な輸送経路を証明したり、無傷のペプチドが特定の種類の脳細胞に入ったことを立証したりするものではありません。

2. 信号はどこに蓄積されますか?

SPECT/CT は、モダリティ、登録品質、再構成方法、研究固有の解像度によって許可されるレベルで空間情報を提供します。{0}領域分析により、信号が特定の解剖学的領域に集中しているかどうかを示すことができます。これは、脳全体の平均値によって曝露や保持における地域差が隠蔽される可能性がある CNS プログラムにとって重要です。-

3. 脳に関連する信号は時間の経過とともにどのように変化しますか?{1}

1-から96-時間のシーケンスは、被験者内の時間コースを提供します。研究者は、観測された信号が最大になるまでの時間、観測窓全体での持続性、および見かけのウォッシュアウトを調べることができます。これらの画像由来の観察は、血漿 PK、CSF データ、薬力学エンドポイント、および ex vivo 組織測定と並行して考慮できます。

4. 残りの投与量はどこに行きますか?

全身または拡張領域の画像化により、脳の外側での同時分布を明らかにすることができます。-鼻腔内投与の場合、鼻腔と気道が特に関係します。末梢器官の分布は、安全性、クリアランス、または見かけの CNS 送達割合の解釈に関連する可能性のある曝露パターンを特定するのにも役立ちます。

5. この研究により、ターミナルサンプリングへの依存を減らすことができますか?

連続イメージングにより、同じ被験者を繰り返し観察できるため、各時点に個別の終末コホートを割り当てる必要性が軽減される可能性があります。減少の程度は、研究の目的、検証計画、動物の数、画像化スケジュール、および体外での直接確認の必要性によって異なります。したがって、分子イメージングは​​、最終分析の自動的な代替としてではなく、動物研究から得られる情報を改善する方法として見なされるべきです。

イメージングだけでは確立できないもの

最初の制限は、空間解像度とセルラー解像度です。 SPECT/CT は、放射性標識シグナルを解剖学的領域に局在化できますが、物質がニューロン、グリア細胞、血管区画、または細胞外空間の内部にあるかどうかを判断することはできません。細胞および細胞内局在化には、オートラジオグラフィー、組織学、免疫組織化学、またはその他の最終アッセイなどの方法が必要です。

2 番目の制限は、分子の同一性に関するものです。カメラは同位体からの放射性崩壊を検出します。標識が生体内で放出される場合、無傷のペプチドと放射性標識された代謝産物または遊離ヨウ素を区別することはできません。したがって、ラベルの安定性は、必要に応じて研究前および研究中に評価する必要があります。選択した最終時点を ex vivo 生物分析と組み合わせて、イメージング信号が親被験物質をどの程度忠実に表すかを決定できます。

3 番目の制限はルートの帰属です。鼻腔内投与後の脳関連信号は CNS 送達と一致しますが、SPECT だけでは、鼻から脳への直接輸送を、全身吸収とその後の BBB 通過、または経路の組み合わせから明確に区別することはできません。-ルート-固有の結論には、研究デザイン、製剤データ、血漿および組織のPK、必要に応じてCSF測定、および関連するコントロールとの統合が必要です。

これらの制限によってイメージングの価値が低下することはありません。データの使用方法を定義します。連続イメージングにより、終末期の詳細な調査が必要となる領域と時点を特定できるため、生体外での作業を任意の時間経過に分散させるのではなく、特定の質問に集中させることができます。

NHP が鼻-から-の脳の発達に関連する理由

げっ歯類は、製剤のスクリーニング、メカニズムの研究、初期の概念実証作業に引き続き役立ちます。--ただし、げっ歯類の鼻の解剖学的構造と呼吸生理学は人間のそれとは異なります。げっ歯類は絶対的に鼻呼吸をする動物であり、嗅上皮はそれに比例して鼻腔の大きな部分を占めています。これらの特徴は沈着に影響を与える可能性があり、人間で予想されるよりも嗅覚伝達による明らかな寄与が大きくなる可能性があります。

NHP は、鼻腔の形状、気道の構成、呼吸パターン、CNS の解剖学、臨床同等の画像との互換性など、選択されたトランスレーショナルな質問に対して、より緊密な解剖学的および生理学的コンテキストを提供します。{0}} NHP データは人間による翻訳の不確実性を排除するものではなく、臨床曝露の直接の予測として解釈されるべきではありません。それらの価値は、一部の分娩質問について、標準的なげっ歯類の研究よりも人体構造との関連性が高いモデルで、経路、地域分布、滞留、全身性向を評価できることです。

種の選択は、開発の問題に基づいて行われるべきです。 NHP 研究は、製剤の選択、局所的な CNS 曝露、送達デバイスの評価、局所的な沈着と全身曝露の関係など、in vitro または齧歯動物では適切に対処できない決定を解決するように設計されている場合に最も有益です。-

イメージングと PK、生物分析、および薬理学の統合

分子イメージングは​​、統合されたトランスレーショナル データセットの 1 つのコンポーネントとして計画されている場合に最も役立ちます。鼻から脳への研究では、連続 SPECT/CT と血漿 PK、CSF サンプリング、鼻および呼吸器の評価、組織生物分析、バイオマーカー測定、薬力学エンドポイントを組み合わせることができます。

この統合により、いくつかの層の証拠を比較できるようになります。

• 全身曝露:血漿濃度、曝露、およびクリアランス。
• 空間露出:放射性標識物質の局所的な脳および末梢器官の分布。-
• 時間的暴露:投与後の初期期間からその後の保持またはウォッシュアウトまでの信号の変化。{0}}
• 分子の正体:無傷の親物質または関連する代謝産物に起因するシグナルの割合。そして
• 生物学的効果: ターゲットエンゲージメント、バイオマーカー反応、または機能性薬理学。

すべてのプログラムに単一のレイヤーだけでは十分ではありません。画像シグナルが測定された被験物質、予想されるメカニズム、および治療仮説に関連する生物学的反応に関連付けられている場合、翻訳解釈はより強力になります。

NHP の鼻-から-の画像研究における Prisys Biotech の役割

Prisys Biotech は、鼻腔内投与、連続分子イメージング、PK/PD、バイオマーカー分析、および相補的組織評価を組み込むことができる NHP トランスレーショナル研究を実施しています。ワークフローには、放射性核種の選択、放射性標識、標識後の準備と精製、品質管理、大型動物の SPECT/CT または PET/CT、定量的画像解析などが含まれます。-

ウェビナー資料では、小分子、ペプチド、タンパク質、高分子、ナノ材料、抗体に適用できる標識およびイメージングのワークフローについて説明します。適切な放射性核種とモダリティは、被験物質、標識化学、予想される反応速度、必要な観察窓、感度、研究目的によって異なります。これらのパラメータは、機器の入手可能性に基づいて選択するのではなく、研究設計中に確立する必要があります。

鼻-から-へのプログラムの実際的な目的は、物質の検出場所、その分布が時間の経過とともにどのように変化するか、シグナルのどの割合が親分子に起因するのか、曝露が薬理学的効果と関連しているかどうかなど、防御可能な証拠パッケージと伝達手順を結び付けることです。

結論

シリアル 125I SPECT は、NHP における鼻腔内ペプチド投与後の脳-関連および呼吸器系-の分布を評価する方法を提供します。ウェビナーの場合、1 時間、24 時間、48 時間、72 時間、96 時間のスキャンにより、研究チームが提示したように、単一のトレーサー レベルの投与で、少なくとも 72 時間の検出可能な脳関連信号を含む縦方向および空間情報がどのように生成されるのかが示されました。-

この方法は、正確な鼻から脳への輸送メカニズム、細胞局在化、または無傷の親濃度を独立して証明するものではありません。-これらの問題には、補完的なコントロール、ラベル安定性評価、生物分析、および必要に応じて終末組織法が必要です。{4}その価値は、従来の PK および組織分析のフレームワークに、分布と保持に関する in vivo の繰り返しビューを追加することにあります。{6}}

CNS 医薬品開発の場合、最も有益な設計は通常、生物分析ではなくイメージングではありません。それは、生物分析、薬理学、および適切なトランスレーショナルエンドポイントと併せてイメージングを行います。この組み合わせにより、製剤、投与量、局所的な CNS 曝露、保持、および非臨床開発の次の段階に関するより正確な決定をサポートできます。