Administration du nez-au-cerveau chez les PSN : étude de cas 125I SPECT

Lebarrière hémato-encéphalique-(BBB) ​​est l’une des principales contraintes du développement de médicaments pour le système nerveux central (SNC). Il limite l’entrée de nombreuses petites molécules et de la plupart des produits biologiques dans le parenchyme cérébral. Intranasal, oulivraison du nez-au-cerveaua donc suscité l'intérêt car la cavité nasale est anatomiquement reliée au SNC par les voies olfactives et trigéminales. Ces voies peuvent fournir un accès au cerveau qui ne s’explique pas uniquement par la circulation systémique.

Le défi scientifique ne consiste pas simplement à sélectionner une voie intranasale. Il s'agit de démontrer où va le matériel administré, quelle quantité de signal est associée au cerveau, comment ce signal change au fil du temps et si l'observation reflète l'article de test intact plutôt qu'un marqueur ou un métabolite détaché. La pharmacocinétique plasmatique (PK) ne peut pas répondre à ces questions.Prélèvement de liquide céphalo-rachidien (LCR)fournit des informations à partir d’un compartiment limité et d’un nombre limité de points temporels. L'analyse terminale du cerveau fournit des mesures directes des tissus, mais chaque animal apporte généralement une observation terminale.

Radiomarquéimagerie moléculairefournit un moyen complémentaire d'aborder ces questions chez les primates non-humains (PNH). En combinant un article de test radiomarqué avec une série SPECT/CT, les enquêteurs peuvent suivre le signal associé au traceur-dans le cerveau et dans tout le corps du même animal au fil du temps. Cet article traite d'un cas de peptide marqué à l'iode 125 présenté lors de laWebinaire sur l'imagerie moléculaire Prisys Biotechet explique ce que la conception de l'étude peut et ne peut pas démontrer.

Pourquoi la pharmacocinétique du plasma n'est pas suffisante pour évaluer l'administration du SNC

L’exposition systémique n’équivaut pas à l’exposition cérébrale. Un composé peut produire des concentrations plasmatiques mesurables, voire substantielles, tout en n'atteignant que des concentrations limitées dans le cerveau. La relation est particulièrement difficile à interpréter après une administration intranasale, car le produit administré peut être retenu dans la cavité nasale, éliminé dans les voies respiratoires, absorbé par voie systémique ou transporté vers le SNC par des voies anatomiques locales.

L'échantillonnage du LCR ajoute des informations utiles, mais le LCR n'est pas un substitut direct pour chaque compartiment cérébral. L'échantillonnage est invasif, fournit des points temporels clairsemés et peut ne pas représenter une exposition parenchymateuse régionale. L’analyse des tissus cérébraux terminaux est plus directe, mais une courbe de rétention longitudinale nécessite des animaux distincts pour chaque point temporel terminal. Cela augmente le nombre d'animaux requis et rend l'évolution temporelle plus dépendante de la variabilité entre les -sujets.

Ni la PK du plasma ni une seule mesure terminale ne fournissent une image spatiale complète. Pour un programme intranasal sur le SNC, les enquêteurs peuvent également avoir besoin de savoir si l'article testé reste dans la cavité nasale, atteint les voies respiratoires inférieures, se distribue à d'autres organes ou présente un schéma régional dans le cerveau. Ce sont autant des questions de distribution que des questions de concentration.

Comment la SPECT radiomarquée prend en charge l'évaluation du nez-au-cerveau

Une étude d'imagerie moléculaire commence par la sélection d'un radionucléide et d'une stratégie de marquage adaptée à l'article à tester et à l'évolution biologique attendue. Dans le cas du webinaire, le peptide a été marqué à l'iode-125 (125I), un radionucléide avec une demi-vie physique-d'environ 59,4 jours. Sa demi-vie physique relativement longue-est compatible avec une observation en série sur plusieurs heures, voire plusieurs jours, ce qui est pertinent lorsque la rétention cérébrale peut s'étendre au-delà de la courte fenêtre d'imagerie des radionucléides TEP à courte durée de vie couramment utilisés.

Le matériel marqué est administré au niveau du traceur. Ce type de conception de microdose est destiné à fournir un signal d’imagerie détectable tout en minimisant les perturbations pharmacologiques causées par le matériau marqué. Cela ne suffit pas à établir que la préparation marquée se comporte de manière identique à celle du produit thérapeutique non étiqueté. Cette question dépend du site de marquage, de l'activité spécifique, de la pureté radiochimique, de la formulation et de la préservation des propriétés biologiques de la molécule mère.

SPECT/CT combine des informations moléculaires dérivées des radionucléides-avec un co-enregistrement anatomique-. Les analyses en série peuvent être utilisées pour évaluer :

• si le signal associé au cerveau-est détectable après administration intranasale ;
• la distribution anatomique du signal dans les régions imagées du SNC ;
• l'évolution du signal associé au cerveau-au fil du temps ; et
• disposition simultanée dans la cavité nasale, les voies respiratoires, les poumons et d'autres organes dans le champ de vision.

Les mesures résultantes sont mieux interprétées comme une distribution de signaux associés à un traceur-ou à une distribution de matériaux radiomarqués-. Ils ne doivent pas automatiquement être décrits comme une concentration intacte du médicament d'origine -, à moins que la stabilité de l'étiquette et la bioanalyse ex vivo ne soutiennent cette interprétation.

Étude de cas : SPECT série 125I après administration intranasale de peptides chez des PSN

L'affaire a été menée par les capacités de recherche translationnelle sur les PSN et les capacités de radiochimie et d'imagerie moléculaire de Prisys Biotech. L’étude a utilisé un peptide marqué à l’iode 125 administré par voie intranasale aux PSN.

Une imagerie SPECT en série a été réalisée 1, 24, 48, 72 et 96 heures après l'administration. La séquence d'imagerie a été conçue pour examiner la présence et la distribution du signal radiomarqué associé au cerveau-sur une période de plusieurs-jours plutôt que de s'appuyer sur une seule mesure terminale.

L’affaire a fourni trois types d’informations connexes. Premièrement, un signal associé au cerveau-a été observé après une administration intranasale, ce qui conforte une enquête plus approfondie sur l'administration du SNC. Deuxièmement, la distribution du signal pourrait être évaluée à travers les régions anatomiques du cerveau plutôt que traitée comme une seule valeur cérébrale globale. Troisièmement, les analyses en série ont montré comment le signal associé au cerveau-a changé au cours de la période d'observation de 96 heures, y compris la rétention du signal détectable pendant au moins 72 heures, comme présenté dans le webinaire.

Les mêmes acquisitions ont également fourni des informations en dehors du CNS. Le signal a été évalué dans la région nasale, la joue, les voies bronchiques et les poumons. Ceci est important car les dépôts locaux et la clairance respiratoire peuvent influencer la fraction d'une dose intranasale qui reste disponible pour un éventuel transport nez-vers-cerveau. Une conception d'imagerie qui examine à la fois la disposition associée au SNC-et respiratoire peut donc aider les enquêteurs à interpréter la voie d'accouchement dans son ensemble plutôt que de se concentrer uniquement sur l'image cérébrale finale.

À quoi peut répondre la conception de l’étude

1. Le signal associé au cerveau-est-il détectable après une administration intranasale ?

Serial SPECT fournit des preuves in vivo de la présence de matériel radiomarqué dans la région cérébrale imagée après administration. C’est plus fort que de déduire l’administration du SNC à partir de la seule exposition au plasma. Le résultat doit encore être décrit avec précision : l'imagerie démontre le signal traceur associé au cerveau, mais elle ne prouve pas en elle-même la voie de transport exacte ni n'établit que le peptide intact est entré dans un type de cellule cérébrale particulier.

2. Où le signal s'accumule-t-il ?

SPECT/CT fournit des informations spatiales au niveau permis par la modalité, la qualité de l'enregistrement, la méthode de reconstruction et la résolution spécifique à l'étude. L'analyse régionale peut montrer si le signal est concentré dans des zones anatomiques particulières. Ceci est important pour les programmes du SNC dans lesquels une moyenne du cerveau entier - pourrait masquer des différences régionales en termes d'exposition ou de rétention.

3. Comment le signal associé au cerveau-évolue-t-il au fil du temps ?

La séquence de 1- à 96-heures fournit un cours temporel au sein du sujet. Les enquêteurs peuvent examiner le temps écoulé jusqu'au signal observé le plus élevé, la persistance sur la fenêtre d'observation et l'effacement apparent. Ces observations dérivées de l'imagerie peuvent être prises en compte parallèlement aux données pharmacocinétiques du plasma, aux données sur le LCR, aux paramètres pharmacodynamiques et aux mesures tissulaires ex vivo.

4. Où va le reste de la dose ?

L'imagerie du-corps entier ou-champ étendu peut révéler une distribution simultanée en dehors du cerveau. Pour le dosage intranasal, la cavité nasale et les voies respiratoires sont particulièrement pertinentes. La distribution des organes périphériques peut également aider à identifier les schémas d'exposition qui peuvent être pertinents pour la sécurité, la clairance ou l'interprétation de la fraction apparente d'administration du SNC.

5. L'étude peut-elle réduire la dépendance à l'égard de l'échantillonnage final ?

L'imagerie en série permet une observation répétée chez le même sujet, ce qui peut réduire le besoin d'attribuer des cohortes terminales distinctes à chaque instant. L'ampleur de toute réduction dépend des objectifs de l'étude, du plan de validation, du nombre d'animaux, du calendrier d'imagerie et de la nécessité d'une confirmation ex vivo directe. L’imagerie moléculaire doit donc être considérée comme un moyen d’améliorer les informations obtenues à partir d’une étude animale, et non comme un substitut automatique à l’analyse terminale.

Ce que l’imagerie ne parvient pas à établir d’elle-même

La première limitation est la résolution spatiale et cellulaire. SPECT/CT peut localiser le signal radiomarqué dans des régions anatomiques, mais il ne peut pas déterminer si le matériau se trouve à l'intérieur des neurones, des cellules gliales, des compartiments vasculaires ou de l'espace extracellulaire. La localisation cellulaire et subcellulaire nécessite des méthodes telles que l'autoradiographie, l'histologie, l'immunohistochimie ou d'autres tests terminaux.

La deuxième limitation concerne l'identité moléculaire. La caméra détecte la désintégration radioactive de l'isotope. Il ne permet pas de distinguer le peptide intact d'un métabolite radiomarqué ou de l'iode libre si le marqueur est libéré in vivo. La stabilité de l'étiquette doit donc être évaluée avant et pendant l'étude, le cas échéant. Des points temporels terminaux sélectionnés peuvent être associés à une bioanalyse ex vivo pour déterminer dans quelle mesure le signal d’imagerie représente l’article de test parent.

La troisième limitation est l'attribution d'itinéraire. Le signal associé au cerveau-après administration intranasale est compatible avec l'administration par le SNC, mais le SPECT seul ne peut pas distinguer définitivement le transport direct du nez-vers-le cerveau de l'absorption systémique suivie du passage ultérieur de la BHE, ou d'une combinaison de voies. Les conclusions spécifiques à la voie- nécessitent une intégration avec la conception de l'étude, les données de formulation, la pharmacocinétique du plasma et des tissus, les mesures du LCR le cas échéant et les contrôles pertinents.

Ces limitations ne réduisent pas la valeur de l’imagerie. Ils définissent la manière dont les données doivent être utilisées. L'imagerie en série peut identifier les régions et les moments qui justifient une enquête terminale détaillée, permettant ainsi au travail ex vivo de se concentrer sur des questions spécifiques plutôt que de le répartir sur une période arbitraire.

Pourquoi les PSN sont pertinents pour le développement du nez-au-cerveau

Les rongeurs restent utiles pour le criblage de formulations, les études de mécanismes et les premiers travaux de preuve de concept-de-. Cependant, l’anatomie nasale et la physiologie respiratoire des rongeurs diffèrent de celles des humains. Les rongeurs respirent obligatoirement par le nez et l’épithélium olfactif occupe une partie proportionnellement plus grande de la cavité nasale. Ces caractéristiques peuvent influencer les dépôts et conduire à une contribution apparente du transport olfactif plus élevée que celle attendue chez l'homme.

Les PSN fournissent un contexte anatomique et physiologique plus précis pour certaines questions translationnelles, notamment la géométrie de la cavité nasale, l'organisation des voies respiratoires, le schéma respiratoire, l'anatomie du SNC et la compatibilité avec l'imagerie clinique-équivalente. Les données PSN n’éliminent pas l’incertitude dans la traduction humaine et ne doivent pas être interprétées comme une prédiction directe de l’exposition clinique. Leur intérêt réside dans le fait qu'ils permettent d'évaluer l'itinéraire, la distribution régionale, la rétention et la disposition systémique dans un modèle plus pertinent pour l'anatomie humaine que les études standard sur les rongeurs pour certaines questions d'accouchement.

Le choix des espèces doit rester guidé par la question du développement. Une étude NHP est plus informative lorsqu'elle est conçue pour résoudre une décision qui ne peut pas être prise en compte de manière adéquate in vitro ou chez les rongeurs, comme la sélection de la formulation, l'exposition régionale du SNC, l'évaluation du dispositif d'administration ou la relation entre les dépôts locaux et l'exposition systémique.

Intégration de l'imagerie avec la pharmacocinétique, la bioanalyse et la pharmacologie

L’imagerie moléculaire est plus utile lorsqu’elle est planifiée comme composant d’un ensemble de données translationnelles intégrées. Une étude nez-à-cerveau-à-peut combiner une SPECT/CT en série avec une pharmacocinétique plasmatique, un échantillonnage du LCR, des évaluations nasales et respiratoires, une bioanalyse tissulaire, des mesures de biomarqueurs et des paramètres pharmacodynamiques.

Cette intégration permet de comparer plusieurs niveaux de preuves :

• Exposition systémique :concentration plasmatique, exposition et clairance ;
• Exposition spatiale :distribution régionale du cerveau et des organes-périphériques du matériel radiomarqué ;
• Exposition temporelle :modification du signal depuis la période post--précoce jusqu'à une rétention ou un lavage ultérieur ;
• Identité moléculaire :la proportion de signal attribuable au matériel parent intact ou aux métabolites pertinents ; et
• Effet biologique : engagement cible, réponse aux biomarqueurs ou pharmacologie fonctionnelle.

Aucune couche n'est suffisante pour chaque programme. L’interprétation translationnelle devient plus forte lorsque le signal d’imagerie est lié à l’article testé mesuré, au mécanisme attendu et à une réponse biologique pertinente pour l’hypothèse thérapeutique.

Rôle de Prisys Biotech dans les études d'imagerie du nez des PSN-au-cerveau

Prisys Biotech mène des études translationnelles sur les PSN qui peuvent intégrer un dosage intranasal, une imagerie moléculaire en série, une pharmacocinétique/PD, une analyse de biomarqueurs et des évaluations complémentaires des tissus. Le flux de travail peut inclure la sélection de radionucléides, le radiomarquage, la préparation et la purification après-marquage, le contrôle qualité, la SPECT/CT ou PET/CT pour grands-animaux et l'analyse d'images quantitatives.

Les documents du webinaire décrivent les flux de travail d'étiquetage et d'imagerie applicables aux petites molécules, peptides, protéines, macromolécules, nanomatériaux et anticorps. Le radionucléide et la modalité appropriés dépendent de l'article testé, de la chimie du marquage, de la cinétique attendue, de la fenêtre d'observation requise, de la sensibilité et des objectifs de l'étude. Ces paramètres doivent être établis lors de la conception de l'étude plutôt que sélectionnés uniquement sur la base de la disponibilité des instruments.

Pour les programmes-du nez au-cerveau, l'objectif pratique est de relier la procédure d'administration à un ensemble de preuves défendables : où le matériau est détecté, comment sa distribution évolue au fil du temps, quelle proportion du signal peut être attribuée à la molécule mère et si l'exposition est associée à un effet pharmacologique.

Conclusion

Le Serial 125I SPECT permet d'évaluer la distribution du système cérébral-associé au cerveau et-après l'administration intranasale de peptides dans les PSN. Dans le cas du webinaire, des analyses à 1, 24, 48, 72 et 96 heures ont montré comment une administration au niveau d'un seul traceur - pouvait générer des informations longitudinales et spatiales, y compris un signal détectable associé au cerveau - pendant au moins 72 heures, comme présenté par l'équipe d'étude.

La méthode ne prouve pas de manière indépendante le mécanisme exact de transport du nez vers le cerveau, la localisation cellulaire ou la concentration intacte du parent. Ces questions nécessitent des contrôles complémentaires, une évaluation de la stabilité des étiquettes, une bioanalyse et, si nécessaire, des méthodes sur les tissus terminaux. Sa valeur réside dans l'ajout d'une vue répétée in vivo de la distribution et de la rétention au cadre conventionnel d'analyse pharmacocinétique et tissulaire-.

Pour le développement de médicaments pour le SNC, la conception la plus informative n’est généralement pas l’imagerie mais la bioanalyse. Il s’agit de l’imagerie associée à la bioanalyse, à la pharmacologie et aux paramètres translationnels appropriés. Cette combinaison peut prendre en charge des décisions plus précises concernant la formulation, le dosage, l’exposition régionale du SNC, la rétention et la prochaine étape du développement non clinique.