PK/PD basata sull'imaging-nei primati non-umani

Gli studi farmacocinetici (PK) e farmacodinamici (PD) descrivono come si comporta una terapia sperimentale in vivo e come l'esposizione è correlata all'attività biologica. Nello sviluppo preclinico convenzionale, la farmacocinetica è caratterizzata attraverso misurazioni seriali delle concentrazioni del farmaco nel plasma o in altre matrici biologiche, che forniscono parametri quali concentrazione massima, esposizione nel tempo, clearance ed emivita.

L’esposizione sistemica, tuttavia, non ci dice dove arriva un farmaco all’interno del corpo, per quanto tempo rimane nel tessuto bersaglio o se viene raggiunta un’esposizione sufficiente nel sito dell’azione farmacologica.

Il divario è importante per le terapie mirate a tessuti anatomicamente ristretti o biologicamente complessi, compreso il sistema nervoso centrale (SNC), tumori, organi linfoidi e tessuti infiammati. Un composto può mostrare un'adeguata esposizione plasmatica pur penetrando scarsamente nel tessuto bersaglio previsto; modeste concentrazioni sistemiche possono anche coesistere con una prolungata ritenzione dei tessuti o con il coinvolgimento del target.

In particolare, approcci PK/PD basati sull'imaging-imaging molecolare con PET, offrono un altro modo per affrontare queste domande. Con traccianti radiomarcati opportunamente progettati o candidati farmaci radiomarcati, i ricercatori possono seguire la distribuzione spaziale e il comportamento temporale di un composto in vivo. In combinazione con la modellazione cinetica, l'imaging specifico del target- può anche far luce sull'esposizione dei tessuti, sul legame dei recettori e sulla risposta farmacodinamica.

Nei primati non{0}umani (NHP), gli approcci basati sull'imaging-sono particolarmente utili perché un singolo studio può integrare la farmacocinetica sistemica, la distribuzione tissutale, i biomarcatori di imaging e gli endpoint funzionali all'interno di un modello animale di grandi dimensioni-fisiologicamente rilevante.

La PK plasmatica tradizionale risponde a una domanda specifica: come cambia nel tempo la concentrazione del farmaco nella circolazione sistemica?

I parametri tipici includono Cmax, Tmax, AUC, clearance ed emivita terminale. Queste misurazioni restano necessarie per la caratterizzazione della dose e l'analisi della risposta all'esposizione-.

La limitazione è che la concentrazione plasmatica è una misura indiretta dell’esposizione nella maggior parte dei siti tissutali.

Una terapia diretta al SNC-, ad esempio, può produrre una concentrazione plasmatica misurabile attraversando scarsamente la barriera ematoencefalica. Un anticorpo o un altro agente biologico può mostrare un'esposizione sistemica prolungata mentre si distribuisce in modo non uniforme negli organi e nei tessuti bersaglio.

Ciò indica una vera distinzione traesposizione sistemicaEesposizione al sito-di-azione.

La PK basata sull'imaging- affronta parte di questa dimensione spaziale generando misurazioni seriali della distribuzione del radiotracciante all'interno di regioni anatomicamente definite. La PET, ad esempio, può quantificare la radioattività all'interno di una regione di interesse nel tempo e, a seconda del tracciante e del disegno sperimentale, separare l'assorbimento associato al target specifico-dalla distribuzione non specifica.

Le informazioni risultanti non sono semplicemente un'altra misurazione della PK plasmatica. Si tratta di una dimensione a livello di tessuto- che può essere letta insieme alle analisi convenzionali di plasma e tessuti.

Un modo utile per pensare a questo è:

PK plasmatica → esposizione sistemica

Imaging PK → distribuzione spaziale e cinetica dei tessuti

Immagini mirate → legame o coinvolgimento associati al target-

Imaging PD → risposta biologica o cambiamento funzionale

Queste misurazioni sono complementari piuttosto che intercambiabili.

La PK basata sull'imaging- si riferisce all'uso dell'imaging in vivo per caratterizzare il comportamento spaziale e temporale di un composto marcato, un tracciante o una sonda biologicamente rilevante.

La PET è particolarmente adatta a questa applicazione perché i radiotraccianti possono essere rilevati a concentrazioni molto basse e misurati ripetutamente nel tempo. A seconda del disegno dello studio, i dati PET possono dare risultati positivibiodistribuzione dell'intero-corpo, assorbimento tessuto-specifico, curve di attività-tempo e parametri cinetici.

Materiali della piattaforma di imaging molecolare nella farmacocinetica del gruppo di ricerca traslazionale, nella biodistribuzione, nel coinvolgimento del target e nella farmacodinamica come applicazioni interconnesse dell'imaging preclinico. Sottolineano inoltre la natura quantitativa e dinamica dell'imaging PET e la sua continuità conimaging clinicoapprocci.

Un tipico flusso di lavoro PK di imaging può includere:

• Radiomarcatura o sviluppo di traccianti
• Somministrazione del composto marcato
• Acquisizione PET dinamica o seriale
• Localizzazione anatomica mediante PET/CT o PET/MRI
• Definizione delle regioni di tessuto e organo di interesse
• Generazione di curve di attività temporale-
• Modellazione cinetica e analisi quantitativa
• Integrazione con la PK plasmatica e, ove appropriato, misurazioni tissutali ex vivo

La scelta tra imaging statico e dinamico dipende dalla questione scientifica. Le scansioni statiche possono caratterizzare la distribuzione dei tessuti in punti temporali selezionati, mentre l'imaging dinamico può mostrare il tasso di assorbimento, ritenzione e rimozione dei tessuti.

Per le applicazioni quantitative, potrebbero essere necessarie informazioni aggiuntive quali funzioni di input arterioso o venoso, analisi dei metaboliti, stabilità del tracciante e un'appropriata modellazione compartimentale o grafica.

La PK del plasma e la PK dell’imaging sono meglio intese come due misurazioni diverse e sovrapposte.

Questa distinzione è importante quando si interpretano i dati di imaging.

Un segnale PET non deve essere letto automaticamente come la concentrazione del farmaco originario intatto in un tessuto. Il metabolismo del radiomarcatore, il legame non specifico, l'attività del pool sanguigno, la stabilità del tracciante e gli effetti sul volume parziale possono tutti influenzare il segnale misurato, pertanto è essenziale una validazione adeguata.

Negli studi ben-progettati, i dati di imaging sono integrati con la farmacocinetica plasmatica, l'analisi dei radiometaboliti, le misurazioni dei tessuti ex vivo e i test farmacologici anziché interpretati in modo isolato.

L'imaging può anche contribuire alla valutazione farmacodinamica.

Le misurazioni tradizionali della PD comprendono biomarcatori circolanti, citochine, attività enzimatica, test di occupazione dei recettori, istopatologia ed endpoint comportamentali funzionali. Forniscono prove dell'attività biologica ma potrebbero non sempre mostrare dove si verifica la risposta.

La farmacodinamica dell'imaging, o PD basata sull'imaging-, utilizza biomarcatori di imaging molecolari o fisiologici per caratterizzare i cambiamenti associati all'azione dei farmaci in vivo.

A seconda del meccanismo terapeutico, l’imaging PD può includere:

• occupazione del recettore o coinvolgimento del target;
• cambiamenti nell'attività del percorso molecolare;
• cambiamenti nella perfusione tissutale o nel metabolismo;
• cambiamenti nell'attività infiammatoria;
• cambiamenti strutturali o funzionali associati alla malattia-;
• cambiamenti longitudinali nelle caratteristiche della lesione o dell'organo.

Ciò produce una sequenza traslazionale che collega l'esposizione con l'effetto farmacologico:

Dose → Esposizione al plasma → Distribuzione nei tessuti → Coinvolgimento del target → Risposta biologica

L'osservazione di diverse fasi di questa sequenza nello stesso animale è particolarmente utile negli studi NHP.

La PET è particolarmente utile quando la molecola sperimentale o un ligando farmacologicamente rilevante può essere radiomarcato senza alterarne sostanzialmente il comportamento biologico.

I radionuclidi comuni includono¹⁸F, ¹¹C, ⁶⁴Cu, e⁸⁹Zr, con selezione dell'isotopo in base alle dimensioni molecolari, all'emivita biologica-, alla finestra di imaging e alla chimica di etichettatura. I materiali di riferimento per l'imaging molecolare descrivono l'uso di diversi radionuclidi PET per piccole molecole, peptidi, proteine, anticorpi e cellule.

Per i traccianti di-piccole molecole-di breve durata, la PET dinamica può essere eseguita nell'arco di pochi minuti o diverse ore. Per i prodotti biologici più grandi come gli anticorpi, i radionuclidi-con una vita più lunga come⁸⁹Zr può supportare l'imaging per diversi giorni.

Questa flessibilità è importante per lo sviluppo di farmaci NHP perché diverse modalità terapeutiche hanno profili di distribuzione e di eliminazione sostanzialmente diversi.

Il PET-specifico offre informazioni che vanno oltre la biodistribuzione passiva. Se il tracciante si lega selettivamente a un recettore, trasportatore, enzima o altro bersaglio molecolare, l'assorbimento tissutale può essere correlato all'abbondanza o al legame del bersaglio.

Gli approcci cinetici quantitativi possono migliorare ulteriormente l'interpretazione.

Un esempio rappresentativo di NHP è uno studio PET quantitativo del pool di CD4 nei macachi rhesus. Gli investigatori hanno utilizzato^89Zr-hanno etichettato sonde anti-CD4 ed eseguito l'imaging statico in 18 animali, mentre un sottogruppo è stato sottoposto a PET dinamica con campionamento arterioso, valutazione dei metaboliti e modellizzazione cinetica. Lo studio ha dimostrato un assorbimento specifico nei linfonodi e nella milza e ha utilizzato l'analisi cinetica quantitativa per stimare il potenziale di legame del recettore CD4.

L'esempio illustra un principio chiave: l'imaging può andare oltre la biodistribuzione visiva verso la valutazione quantitativa delle interazioni biologiche specifiche del tessuto-.

La RM e la PET forniscono diversi tipi di informazioni.

La PET viene utilizzata per informazioni molecolari e funzionali, mentre la risonanza magnetica fornisce la caratterizzazione anatomica e tissutale ad alta-risoluzione. La combinazione delle due modalità può migliorare l'interpretazione spaziale dei risultati dell'imaging molecolare.

Nella ricerca NHP, la risonanza magnetica può supportare:

• localizzazione anatomica dei reperti PET;
• misurazioni volumetriche e strutturali;
• caratterizzazione dei tessuti;
• misurazioni di perfusione e diffusione;
• valutazione longitudinale della progressione della malattia;
• immagine-consegna guidata e conferma della distribuzione locale.

La piattaforma di imaging clinico di Prisys include MRI, TC, PET-CT e DSA, con applicazioni MRI tra cui perfusione cerebrale, imaging-correlato alla diffusione e altri approcci avanzati di post-elaborazione.

Per gli studi sulla somministrazione di farmaci nel sistema nervoso centrale, la risonanza magnetica svolge un ruolo diverso dall'imaging PK convenzionale. Durante le procedure di somministrazione guidata dalla risonanza magnetica-, ad esempio, un agente di contrasto può fungere da marcatore surrogato per visualizzare la distribuzione di una formulazione terapeutica infusa. Ciò mostra la copertura spaziale dell'infusione piuttosto che misurare direttamente la concentrazione della molecola terapeutica stessa.

Questa distinzione è importante quando si progettano e interpretano studi basati sull'imaging-.

I primati non-umani rappresentano un utile modello intermedio per la farmacologia traslazionale basata sull'imaging-perché consentono la valutazione della farmacocinetica sistemica, dell'imaging molecolare, dell'imaging anatomico e degli endpoint funzionali all'interno di un sistema-animale di grandi dimensioni.

Ciò è particolarmente importante per le terapie del sistema nervoso centrale, i farmaci biologici e altre modalità in cui la scala anatomica, l’organizzazione vascolare, l’accessibilità dei tessuti e la distribuzione dei bersagli molecolari possono influenzare la traduzione clinica.

La combinazione dei modelli NHP con l'imaging supporta anche la valutazione longitudinale. Invece di fare affidamento esclusivamente sulla raccolta dei tessuti terminali, i ricercatori possono acquisire dati di imaging seriale dagli stessi animali in fasi predefinite di esposizione al farmaco o di progressione della malattia.

Questa progettazione longitudinale può ridurre la dipendenza dai confronti- trasversali e fornire una visione più diretta dei cambiamenti nel tempo.

Tuttavia, l'imaging NHP non deve essere trattato come un sostituto della PK convenzionale o dell'analisi dei tessuti. I disegni di studio più informativi integrano l'imaging con la farmacocinetica plasmatica, il campionamento dei tessuti ove appropriato, l'analisi dei biomarcatori e gli endpoint farmacologici.

La PK/PD basata sull'imaging- può contribuire a diverse fasi dello sviluppo traslazionale dei farmaci.

Durante l'ottimizzazione dei lead, l'imaging può aiutare a confrontare le molecole candidate in base alla distribuzione dei tessuti o alla localizzazione del target.

Durante gli studi preclinici di prova-di-, l'imaging molecolare può mostrare che un bersaglio biologico è presente, accessibile e modulato dal trattamento.

Per i programmi sul sistema nervoso centrale, l’imaging può aiutare a valutare se la somministrazione sistemica determina un’esposizione misurabile nelle regioni cerebrali rilevanti. Per i prodotti biologici mirati, l'immuno-PET può aiutare a caratterizzare la distribuzione dei tessuti e l'assorbimento associato al target-.

Per i programmi di terapia cellulare e genica, l'imaging può supportare studi di tracciamento o distribuzione quando è disponibile una strategia di etichettatura appropriata.

Il quadro dell’imaging molecolare colloca la biodistribuzione, la farmacocinetica, il coinvolgimento del target, la farmacodinamica, l’efficacia e la sicurezza all’interno del flusso di lavoro dell’imaging preclinico, con applicazioni corrispondenti che si estendono allo sviluppo clinico come la selezione della dose, la prova del meccanismo, la selezione del paziente e il monitoraggio della risposta.

Il valore dell'imaging non è che sostituisce le misurazioni PK/PD esistenti, ma che collega misurazioni che altrimenti sarebbero difficili da correlare spazialmente.

È necessario considerare diversi fattori metodologici prima di interpretare l'esposizione derivata dall'imaging-o i dati PD.

In primo luogo, il composto radiomarcato dovrebbe mantenere un comportamento farmacologico sufficientemente simile al composto originario non marcato. La radiomarcatura non dovrebbe alterare sostanzialmente l'affinità, la stabilità molecolare o la distribuzione.

In secondo luogo, dovrebbe essere caratterizzato il metabolismo del tracciante. Un segnale PET può riflettere il composto progenitore, i metaboliti radiomarcati, la ritenzione non specifica o una combinazione di questi componenti.

In terzo luogo, l’analisi quantitativa dovrebbe essere abbinata alla questione biologica. Il SUV può fornire una misura pratica semi-quantitativa, ma potrebbe essere necessario un modello cinetico più rigoroso quando l'obiettivo è stimare il legame del recettore o distinguere l'assorbimento specifico da quello non specifico.

In quarto luogo, l’imaging dovrebbe idealmente essere interpretato insieme ai dati farmacologici e farmacocinetici convenzionali. La concentrazione plasmatica, la stabilità del radiotracciante, l'analisi dei tessuti ex vivo, i test dei recettori e i biomarcatori funzionali possono fornire una validazione essenziale.

Infine, la co-registrazione anatomica è particolarmente importante nelle strutture piccole o eterogenee. I risultati della PET senza un'accurata localizzazione anatomica possono essere difficili da interpretare, in particolare negli studi sul sistema nervoso centrale.

Presso Prisys, l'imaging molecolare è incorporato nella più ampia ricerca traslazionale NHP piuttosto che trattato come un endpoint di imaging isolato. Il Translational Research Center combina modelli di malattia NHP con modalità di imaging clinico-equivalenti, valutazione PK/PD, analisi di biomarcatori, patologia e altri endpoint farmacologici.

L'infrastruttura di imaging include PET-CT insieme a MRI, CT e DSA, consentendo la valutazione di risultati molecolari, anatomici e fisiologici all'interno dello stesso quadro di ricerca traslazionale.

A seconda dell’obiettivo dello studio, una progettazione integrata può combinare:

PK plasma + biodistribuzione PET + imaging specifico del target- + valutazione anatomica MRI/CT + biomarcatori farmacodinamici

Questa integrazione è particolarmente importante quando la questione centrale dello sviluppo non è semplicemente se un farmaco entra in circolazione, ma se raggiunge il tessuto desiderato, interagisce con il bersaglio biologico rilevante e produce una risposta farmacologica misurabile.

Il crescente utilizzo diimaging molecolare nella ricerca NHPtraccia uno spostamento verso una farmacologia longitudinale risolta spazialmente.

La PK convenzionale rimane essenziale per definire l’esposizione sistemica. L'imaging aggiunge una seconda dimensione, mostrando dove si trova il tracciante o il segnale associato al farmaco-e come cambia nel tempo. L'imaging molecolare-specifico del bersaglio può collegare la distribuzione dei tessuti con la disponibilità dei recettori o il coinvolgimento del bersaglio, mentre l'imaging funzionale offre ulteriori prove dell'effetto farmacodinamico.

La direzione non è quella di sostituire l’imaging con la PK/PD convenzionale, ma di creare un quadro più integrato in cui l’esposizione sistemica, la distribuzione tissutale, l’impegno del bersaglio molecolare e la risposta funzionale vengano letti insieme.

Per lo sviluppo translazionale di farmaci, questo approccio è particolarmente importante per le terapie in cui la relazione tra esposizione plasmatica ed esposizione al sito-d-azione è difficile da stabilire con il solo campionamento convenzionale.

La PK/PD basata sull'imaging- fornisce una dimensione spaziale e longitudinale che integra le misurazioni farmacocinetiche e farmacodinamiche convenzionali.

La PET può caratterizzare la biodistribuzione dell'intero corpo e la cinetica dei tessuti, mentre i traccianti specifici del bersaglio possono far luce sul legame molecolare o sul coinvolgimento del bersaglio. La risonanza magnetica e altre modalità di imaging anatomico forniscono il contesto strutturale necessario per interpretare questi segnali molecolari.

Negli studi NHP, l’integrazione dell’imaging con la farmacocinetica plasmatica, i biomarcatori, l’analisi dei tessuti e gli endpoint funzionali fornisce una caratterizzazione più completa della relazione esposizione-bersaglio-risposta.

Il principio centrale non è che l'imaging sostituisca la PK basata sul sangue-. Piuttosto,La PK plasmatica descrive l'esposizione sistemica, mentre l'imaging può aiutare a determinare come tale esposizione si traduce nella distribuzione tissutale e nella farmacologia-specifica del sito. Questa distinzione è sempre più rilevante per le terapie del sistema nervoso centrale, i prodotti biologici, le terapie mirate e altre modalità in cui l’esposizione dei tessuti non può essere dedotta in modo affidabile dalle sole concentrazioni circolanti.

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