Dopamiini D2/D3 -reseptoreiden kuvantaminen kädellisillä [18F]Fallypridellä

Keskushermoston (CNS) lääkekehityksessä aivoihin pääsevä ehdokas on poistanut ensimmäisen esteen. Se, tavoittaako se farmakologisen kohteensa, on erillinen kysymys, eikä plasmaaltistus voi vastata siihen.

Plasmafarmakokinetiikka (PK), aivo-selkäydinnesteen (CSF) näytteenotto ja kudosten biologinen jakautuminen kuvaavat, kuinka paljon lääkettä on läsnä ja minne se menee. Yksikään niistä ei ilmoita, kuinka paljon tietty reseptori on varattu. Keskushermostohoitojen kohdalla aukolla on merkitystä, koska farmakologinen aktiivisuus riippuu yleensä riittävän kohdennetun tason saavuttamisesta pikemminkin kuin mitattavissa olevan aivojen keskittymisen saavuttamisesta.

Positroniemissiotomografia (PET) -reseptorikuvaus mittaa miehityksen. Radioleimatut ligandit sitoutuvat reversiibelisti spesifisiin reseptoreihin, ja muutos ligandin sitoutumisessa farmakologisen toimenpiteen jälkeen kvantifioi kuinka suuren osan reseptoripoolista lääke on ottanut.

Prisys esitteli toimivan esimerkin Prisys Biotech -webinaarissamolekyylikuvauskädellisten (NHP) tutkimuksessa. Tutkimuksessa käytettiin [18F]Fallypridea dopamiinin D2/D3-reseptorisitoutumisen seuraamiseen cynomolgus-apinoissa 150 minuutin dynaamisen PET-keräyksen kautta ja suonensisäisellä haloperidolialtistuksella 120 minuutin kohdalla.

Tapaus osoittaa, kuinka dynaaminen PET luonnehtii alueellista reseptorisitoutumista, osoittaa farmakologista syrjäytymistä ja tukee kohteen sitoutumisen arviointia prekliinisissä keskushermostoohjelmissa.

1. Miksi reseptorin käyttöaste on tärkeämpää kuin perinteisen PK:n?

Reseptorien käyttöaste on saatavilla olevien kohdereseptorien osuus, jotka lääke sitoo tiettynä ajankohtana. Plasman pitoisuus ja kokonaiskudosaltistus kuvaavat, kuinka paljon lääkettä on läsnä. Käyttöaste kuvaa sitä, mitä lääke tekee reseptorissa.

Dopamiini D2 -antagonisteilla ja osittaisilla agonisteilla plasman pitoisuuden ja miehityksen välinen suhde on epälineaarinen ja kyllästävä. Pienillä pitoisuuksilla vaatimaton altistumisen lisääntyminen lisää huomattavasti käyttöastetta. Kun sitoutuminen lähestyy kylläisyyttä, pitoisuuden lisäntyminen tuottaa asteittain pienempiä voittoja.

Tällä muodolla on suoria vaikutuksia annoksen valintaan. Antipsykoottisten lääkkeiden kliiniset PET-tutkimukset ovat osoittaneet yhteyksiä D2-reseptorin miehityksen, terapeuttisen vasteen ja ekstrapyramidaalisten oireiden välillä. Käyttöasteen mittaaminen osoittaa siten, saavuttaako ehdokas sopivan sitoutumistason ilman, että altistuminen on korkeampi kuin farmakologia vaatii.

Sama logiikka pätee muihin dopamiiniohjattuihin mekanismeihin. D2-osittaisagonisti tarvitsee riittävästi läsnäoloa tuottaakseen vaikutuksensa jättäen samalla tilaa endogeeniselle dopaminergiselle signaloinnille. Ekstrastriataalisiin reseptoreihin tarkoitetut yhdisteet tarvitsevat osoitettavaa sitoutumista näillä alueilla, eikä korkea striataalinen sisäänotto yksin osoita sitä.

2. Mitä [18F]Fallypride PET mittaa?

[18F]Fallypride on substituoitu bentsamidiradioligandi, jolla on korkea affiniteetti dopamiinin D2-kaltaisiin reseptoreihin, mukaan lukien D2- ja D3-alatyypit. Sitoutuminen on palautuva, joten samaa merkkiainetta voidaan seurata assosiaatiolla ja dissosiaatiolla yhden istunnon aikana.

Sen affiniteetti on riittävän korkea raportoimaan sitoutumisesta alueilla, joilla on alhainen reseptoritiheys, mukaan lukien aivokuoren ja talamuksen alueet. Useimmat muut dopamiinireseptorimerkkiaineet kehitettiin suuritiheyksisille alueille ja ne palauttavat vähän käyttökelpoista signaalia aivojuovion ulkopuolelle.

Fluori-18:n fyysinen puoliintumisaika on noin 110 minuuttia, mikä on tarpeeksi pitkä dynaamiseen protokollaan, joka tallentaa toimituksen, alueellisen kertymisen ja huuhtoutumisen yhdellä hankinnalla.

Kaksi tulkintarajaa on voimassa. [18F]Fallypride ei erota D2:ta D3:sta, joten signaali on D2/D3-sidos eikä mitään tarkempaa. PET-signaalin intensiteetti ei myöskään ole sama kuin reseptoriluku. Mitattu radioaktiivisuus yhdistää merkkiaineen jakelun, epäspesifisen jakautumisen, spesifisen sitoutumisen ja merkkiainekinetiikan, ja näiden komponenttien erottaminen vaatii kineettistä analyysiä.

3. NHP-tapaus: Dynaaminen PET-kuvaus haloperidolihaasteessa

Tohtori Liun esimerkissä käytettiin [18F]Fallypride PET:tä cynomolgus-apinoissa merkkiaineen jakautumisen ja alueellisen reseptorin sitoutumisen karakterisoimiseksi normaaleissa aivoissa. Tavoitteena oli pikemminkin peruskuvaus kuin sairausmalli tai terapeuttinen ehdokas.

Hankinta kesti 150 minuuttia. 120 minuutin kohdalla haloperidolia annettiin suonensisäisesti farmakologisena estoaltistuksena.

Striataaliset ja ekstrastriataaliset alueet käyttäytyivät eri tavalla. Ekstrastriataaliset alueet saavuttivat yleensä huippunsa aikaisemmin ja poistuivat nopeammin. Kahdenvälinen striata saavutti huippunsa myöhemmin ja säilytti merkkiaineen pidempään.

Reseptoritiheys selittää kuvion. Suuritiheyksisellä alueella, kuten striatumissa, suurin osa signaalista tulee spesifisestä sitoutumisesta. Kun tiheys on pienempi, merkkiaineen toimitus ja epäspesifinen jakautuminen kantavat suhteellisesti enemmän sitä.

Tämä ero rajoittaa opintojen suunnittelua. Yksittäinen staattinen kuva yhdessä kiinteässä pisteessä ei voi luonnehtia striataalista ja ekstrastriataalista sitoutumista kerralla, joten hankinnan ajoituksessa ja analyysisuunnitelmassa on otettava huomioon alueellinen kinetiikka.

Haloperidolialtistus lisäsi farmakologisen testin. Haloperidoli on dopamiinireseptorin antagonisti ja kilpailee [18F]Fallypriden kanssa samoista sitoutumiskohdista. Annostelun jälkeen merkkiaineen sitoutuminen osuu alueille, joilla signaali on suurelta osin spesifinen D2/D3-sitoutuminen. Tämä siirtymä tukee sekä alueellisen signaalin spesifisyyttä että palautuvuutta.

4. Miten reseptorin käyttöaste ja sitoutumispotentiaali mitataan?

Pelkät kuvat eivät voi sisältää kvantitatiivista farmakologista väitettä. Suurin osa tiedoista sijaitsee aika-aktiivisuuskäyrässä (TAC), joka seuraa radioaktiivisuuden pitoisuutta valitulla alueella koko hankinnan läpi. Sen muoto heijastaa merkkiaineen toimitusta, reseptoriassosiaatiota, dissosiaatiota ja puhdistumaa.

Palautuvien merkkiaineiden osalta kvantifiointi perustuu yleensä referenssialueeseen, jolla on merkityksetön spesifinen sitoutuminen kohteeseen. Tämä alue arvioi ei-siirtymättömän merkkiainejakauman ja antaa analyysin erottaa spesifisen sitoutumisen muusta signaalista.

Yleisimmin raportoitu parametri on ei-siirtyvä sitoutumispotentiaali (BP_ND), spesifisesti sitoutuneen merkkiaineen suhde ei-siirtymättömään merkkiaineeseen tasapainossa valitun kineettisen mallin oletusten mukaisesti. Vertailukudosmallit tai muut validoidut kineettiset lähestymistavat arvioivat sen merkkiaineen ja hankinnan suunnittelusta riippuen.

Käyttöaste seuraa sitten vertaamalla sitoutumispotentiaalia ennen kilpailevaa lääkettä ja sen jälkeen:

Reseptorin käyttöaste (%)=[(BP_{ND, lähtötaso}− BP_{ND, huume}) / BP_{ND, lähtötaso}] × 100

Verenpaineen lasku_NDannostelun jälkeen tarkoittaa, että vähemmän kohtia jää radioligandin käytettävissä. Tutkimuksen oletusten mukaan tuo syksy arvioi reseptoreiden käyttöasteen.

Aritmetiikka on yksinkertainen. Luotettavuus ei ole. Fysiologinen vakaus, johdonmukainen hankinta, tarkka alueen määrittely, liikkeen korjaus ja asianmukainen kineettinen malli syöttävät kaikki arvioon.

Webinaarin haastesuunnittelussa sovelletaan samaa periaatetta yhden istunnon sisällä. Sen sijaan, että verrattaisiin erillisiä perusviiva- ja hoidon jälkeisiä skannauksia, estoaine annetaan yhden dynaamisen hankinnan aikana, ja siirtymä luetaan suoraan aika-aktiivisuuskäyrältä. Vähemmän kuvantamisistuntoja tarkoittaa vähemmän istuntojen välistä vaihtelua. Se myös asettaa painon suunnitteluvalinnoille: altistusajoitus, estoannos ja annostelun jälkeen jäljellä oleva keräyspituus määrittävät, onko siirtymä taltioitu riittävän hyvin mittaamista varten.

5. Mitä kerta-annoshaaste voi osoittaa?

Yhden annoksen altistus testaa merkkiaineen spesifisyyden ja palautuvan kohteen sitoutumisen. Se ei tuota annos-käyttöaste-suhdetta.

Tällä rajalla on merkitystä, kun PET-tulokset ruokkivat kehityspäätöstä. Yksi estävä annos on yksi interventiopiste. Siirtyminen siinä kohdassa tukee kohdevälitteistä signaalin lukemista, eikä kerro mitään siitä, kuinka käyttöaste liikkuu pitoisuuksien välillä.

Kvantitatiivinen annos-käyttöaste-suhde vaatii useita annostasoja, mieluiten plasman PK-mittauksen rinnalla, jotta käyttöaste voidaan yhdistää systeemiseen altistukseen. Tällainen suunnittelu kartoittaa keskittymisen sitoutumisen suhteen, tunnistaa tiettyyn käyttöastealueeseen sidotun altistusalueen ja tukee farmakologista annoksen valintaa.

Kolme muuta seikkaa vaikuttavat tulkintaan.

Farmakologinen selektiivisyys:haloperidoli ei ole selektiivinen D2/D3:lle. Se on myös vuorovaikutuksessa sigma-1- ja serotoniini-5-HT2A-reseptorien kanssa. Sen käyttöä estoaineena verrataan siksi alueelliseen merkkiainejakaumaan ja havaittuun siirtymään, ei todisteeksi siitä, että jokainen vaikutus kulkee D2/D3:n kautta.

Fysiologiset olosuhteet:anestesia ja fysiologiset muutokset vaikuttavat aivojen verenkiertoon, merkkiaineen antamiseen ja mahdollisesti endogeeniseen dopaminergiseen toimintaan. Näitä muuttujia on valvottava ja dokumentoitava koko kuvantamisistunnon ajan.

Käyttöaste vs. tehokkuus:käyttöaste osoittaa tavoitteen sitoutumista, ei terapeuttista hyötyä. Yhdiste voi miehittää reseptorinsa olennaisesti tuottamatta aiottua alavirran vastetta.

Reseptorikuvaus kuuluu siksi muiden farmakodynaamisten päätepisteiden rinnalle sen sijaan, että se korvaisi niitä.

6. Miksi käyttää kädellisiä dopamiinireseptori-PET-tutkimuksiin?

NHP-kuvantaminen sopii kvantitatiiviseen keskushermostoreseptorityöhön, varsinkin kun kysymys kattaa striataaliset ja ekstrastriataaliset populaatiot yhdessä.

Jyrsijä PET on vakiintunut, mutta pienet aivot rajoittavat alueellista kvantifiointia. Osittainen tilavuusvaikutukset kasvavat vakaviksi, kun kiinnostava alue lähestyy skannerin tilaresoluutiota, ja vierekkäisten rakenteiden erottaminen tulee epäluotettaviksi. Pienet ekstrastriataaliset alueet kärsivät eniten.

Suuremmat aivot mahdollistavat aivojuovion, talamuksen ja aivokuoren alueiden käytännöllisen rajaamisen. NHP:t yhdistävät myös jyrsijäfarmakologian ja kliinisen neurokuvantamisen: neuroanatominen organisaatio ja dopaminerginen järjestelmä muistuttavat ihmisen järjestelyä riittävän tarkasti, jotta jakautuminen, reseptorisitoutuminen ja farmakologinen vaste ovat mitattavissa translaatioympäristössä.

Toinen etu on toistuva kuvantaminen samassa eläimessä. Aiheen sisäiset suunnitelmat vähentävät yksilöiden välisen vaihtelun vaikutusta reseptorin saatavuuteen ja fysiologiaan, millä on merkitystä, kun odotettu vaikutus on pieni tai kun sitoutumista on seurattava ajan myötä.

NHP-tiedot eivät ole keskenään vaihdettavissa ihmisen PET-mittausten kanssa. Fysiologia, merkkiainekinetiikka, anestesia ja koeolosuhteet vaihtelevat, ja nämä erot on käsiteltävä kvantitatiivisia löydöksiä käytettäessä. Yhteensovitetut kuvantamismenetelmät ja analyyttiset menetelmät kaventavat metodologista kuilua.

7. Reseptorikuvauksen integrointi keskushermoston lääkekehitykseen

Reseptori PET vaikuttaa eniten, kun se kuuluu laajempaan farmakologiseen ja PK/PD-strategiaan.

Tavoitteen sitoutumisen arviointi tulee ensin. Ennen kuin se sitoutuu laajempiin tehokkuustutkimuksiin, ryhmä voi selvittää, saavuttaako ehdokas aivot ja miehittääkö sen reseptori asiaankuuluvilla systeemisillä altistuksilla.

Annoksen valinta on seuraava. Useilla annostasoilla mitattu ja plasman PK:n kanssa integroitu käyttöaste antaa altistumisen ja käyttöasteen suhteen, joka tarjoaa mekaanisen perustan annosten valinnalle myöhemmissä tutkimuksissa, mukaan lukien varhainen kliininen työ.

Ehdokasvertailu on kolmas käyttötapa. Kun useilla yhdisteillä on yhteinen molekyylikohde, PET:n läsnäolotiedot täydentävät in vitro -sitoutumisaffiniteettia ja tavanomaista PK:ta ja mahdollistavat in vivo -sitoutumisen vertailun vastaavilla altistuksilla.

Lue muiden päätepisteiden rinnalla nämä mittaukset kuvaavat ohjelmaa täydellisemmin.

Näiden mittausten yhdistäminen yhdistää altistumisen, kohteen sitoutumisen ja myöhemmän farmakologisen vasteen.

8. NHP-reseptori-PET:n käytännön huomioita ja rajoituksia

Kvantitatiivinen reseptori PET palkitsee huolellisen suunnittelun ja merkkiainekohtaisen validoinnin.

Viitealue-oletus tukee useimpia kvantitatiivisia lähestymistapoja. Valittu alue tarvitsee merkityksettömän määrän spesifistä sitoutumista kohteeseen ja sen soveltuvuus käytettävälle merkkiaineelle ja lajille on selvitettävä.

Liike on tärkeä pitkien dynaamisten hankintojen aikana. Pienet liikkeet muuttavat anatomista rekisteröintiä ja vääristävät alueellisia aika-aktiivisuuskäyriä, mikä etenee sitoviin arvioihin.

Testin ja uudelleentestin vaihtelu vaatii karakterisointia aina, kun sitoutumisen muutos on ensisijainen päätepiste. Ilman perusvaihtelulukua aito farmakologinen vaikutus ja mittausero näyttävät samalta.

Merkkiaineen sitoutumisominaisuudet ja kohteen ulkopuoliset vuorovaikutukset tulee tarkistaa etukäteen. Jos alatyyppikohtaisia ​​tietoja vaaditaan, [18F]Fallypride ei voi erottaa D2:ta D3:sta.

Nämä vaatimukset asettavat edellytykset reseptori-PET:n käytölle: sopiva merkkiaine, määritellyt kvantitatiiviset päätepisteet ja analyysikriteerit, joista sovitaan ennen tutkimuksen aloittamista.

Johtopäätös

[18F]Fallypride PET cynomolgus-apinoilla osoittaa, mitä reseptorikuvaus lisää in vivo: alueellinen D2/D3-sitoutuminen, striataalinen ja ekstrastriataalinen kinetiikka seurasi 150 minuutin dynaamisen hankinnan aikana ja farmakologinen siirtymä suonensisäisen haloperidolialtistuksen jälkeen 120 minuutin kohdalla.

Laajempi panos on kysymys, johon se vastaa. Reseptori PET määrittää, saavuttaako ehdokas aiotun kohteensa tietyllä altistuksella, jota mikään plasman PK-käyrä, CSF-näyte tai biologisen jakautumisen kuva ei ratkaise itsestään.

Perinteisen PK:n, CSF-näytteenoton, biologisen jakautumisen kuvantamisen ja toiminnallisten farmakodynaamisten päätepisteiden avulla käyttöastetiedot täydentävät ketjun altistumisesta farmakologiseen aktiivisuuteen.

Altistuminen, sitoutuminen kohteeseen ja terapeuttinen teho pysyvät erillisinä määrinä. Niiden erottaminen tekee translaatiotutkimuksesta informatiivisen ja kehityspäätöksen puolustettavan.

Molecular Imaging Webinar Case -sarja

Tämä artikkeli päättää kuusiosaisen Prisys Biotech -verkkoseminaarisarjan molekyylikuvauksesta NHP-tutkimuksessa. Jokainen osa vastasi yhden kysymyksen.

Ensimmäinen seurasikoko kehon biologisen jakautumisen kuvantaminenJodi-125 SPECT:tä sisältävissä NHP:issä kysyttiin, kuinka leimattu yhdiste jakautuu elimissä ajan kuluessa. Toinen kysyi, pääseekö intranasaalisesti annettu yhdiste aivoihin, ja käytettiinnenästä aivoihin tapahtuva toimitusmittaa SPECT vastatakseen siihen. Kolmas onnistuiActinium-225 ihmisen annosprojektioNHP-kuvaustiedoista, mukaan lukien absorboituneen annoksen arviot ja ihmisen toiminnan arviot. Neljäs jäljitettypitkittäinen tau PETreesusmakakkimallissa. Viides hakiVMAT2 PETei-ihmiskädellisissä mallissaParkinsonin tautidopaminergisen puutteen kvantifiointiin in vivo.

Lukemalla sarjana kuusi siirtyy jakelusta toimituksen, dosimetrian, taudin etenemisen ja dopaminergisen puutteen kautta reseptorin saatavuuteen, jolloin kuvantamistulos alkaa vastata farmakologiseen kysymykseen.

Kuvausmenetelmän valinta seuraa tieteellistä kysymystä. Erilaiset merkkiaineet, hankintaprotokollat ​​ja analyyttiset lähestymistavat palauttavat toisiaan täydentäviä tietoja, ja yhdistelmä vahvistaa prekliinisen farmakologian tiedon tulkintaa.

Lisäkontekstia varten sarjaan liittyy yleiskatsausartikkeli molekyylikuvantamisen sovelluksista NHP-tutkimuksessa ja translaatiolääkekehityksessä.

Ota yhteyttä Prisys Biotechnologiesiin