Immuno-PET nei modelli NHP per lo sviluppo di anticorpi

Le terapie basate sugli anticorpi-ora includono anticorpi monoclonali convenzionali (mAb), anticorpi bispecifici, anticorpi-coniugati farmacologici (ADC) e altri prodotti biologici ingegnerizzati. Man mano che i formati molecolari diventano più complessi, sapere dove viaggia un anticorpo dopo la somministrazione e se raggiunge il bersaglio biologico previsto è diventata una domanda ricorrente nello sviluppo preclinico di farmaci.

Gli studi convenzionali di farmacocinetica (PK) misurano le concentrazioni di anticorpi nel plasma o nel siero. Queste misurazioni descrivono l'esposizione sistemica, la clearance e l'emivita-, ma forniscono informazioni limitate su come un anticorpo si distribuisce nei tessuti.

L'immuno-tomografia a emissione di positroni (Immuno-PET) colma parte di questa lacuna. Radiomarcando un anticorpo o una sonda di targeting derivata da un anticorpo-, la PET può visualizzare e quantificare la sua distribuzione nel corpo in più punti temporali. Quando il tracciante conserva le proprietà di legame-del bersaglio, i dati di imaging possono descrivere l'accessibilità dei tessuti, l'assorbimento associato al bersaglio-e la relazione tra esposizione sistemica e distribuzione dei tessuti.

Nei primati non{0}umani (NHP), l'Immuno-PET è-adatto perchéimaging molecolarepuò essere combinato con la PK plasmatica, l'imaging anatomico, i biomarcatori tissutali e gli endpoint farmacodinamici all'interno di un singolo studio traslazionale.

La questione non è solo dove va l’anticorpo, ma se raggiunge il tessuto desiderato, coinvolge il bersaglio rilevante e produce una distribuzione coerente con la farmacologia prevista.

La PK plasmatica rimane una componente fondamentale dello sviluppo di farmaci biologici. Parametri quali Cmax, AUC, clearance ed emivita descrivono l'esposizione sistemica e supportano la selezione della dose e il modello di risposta all'esposizione.

Tuttavia, l’esposizione sistemica non predice necessariamente l’esposizione dei tessuti.

Un anticorpo può rimanere in circolazione per un periodo prolungato pur presentando profili di assorbimento molto diversi tra i vari organi. L'espressione target, la permeabilità vascolare, l'architettura dei tessuti, le interazioni dei recettori Fc, l'internalizzazione mediata dall'antigene-e l'assorbimento non specifico possono ciascuno modellare la distribuzione dei tessuti.

Questo crea una distinzione traPK sistemicaEfarmacologia a livello-tissutale.

Per quanto riguarda la terapia con anticorpi, spesso rimangono aperte diverse domande dopo l’analisi farmacocinetica convenzionale:

• L'anticorpo raggiunge il tessuto bersaglio?
• Il bersaglio molecolare è accessibile all’anticorpo in vivo?
• L’espressione target varia tra i tessuti o le lesioni?
• La diffusione è principalmente-mediata dal target o non specifica?
• L’elevata espressione del target nei tessuti normali influenza la distribuzione?
• Come cambia nel tempo l’assorbimento dei tessuti?

Il campionamento dei tessuti terminali risponde ad alcuni di questi, ma solitamente in pochi punti temporali selezionati e in un insieme limitato di tessuti. L'immuno-PET aggiunge una prospettiva longitudinale e non-invasiva monitorando il modo in cui un anticorpo radiomarcato o una sonda mirata si distribuiscono nel tempo.

Il divario è più importante per i farmaci biologici con tempi di circolazione lunghi e modelli di distribuzione tissutale complessi.

L'immuno-PET combina le proprietà di riconoscimento molecolare degli anticorpi con la sensibilità e le capacità quantitative della tomografia a emissione di positroni.

In uno studio tipico, un anticorpo monoclonale o una sonda derivata da un anticorpo-viene marcato con un radionuclide che emette-positroni. Per gli anticorpi intatti, i radionuclidi-a vita più lunga come lo zirconio-89 (⁸⁹Zr) sono comunemente usati perché la loro emivita fisica- corrisponde alla distribuzione relativamente lenta e alla cinetica di eliminazione delle molecole IgG.

^89Zrha un'emivita fisica-di circa 3,3 giorni, supportando l'imaging per diversi giorni dopo la somministrazione. Ciò lo rende utile per studi sulla distribuzione tissutale ritardata, sebbene il radionuclide ottimale dipenda dal formato molecolare, dalla cinetica biologica, dalla chimica di etichettatura e dall'obiettivo dello studio. La recensione di Carmon e Azhdarinia del 2018 lo rileva⁸⁹Zr è un radionuclide utilizzato frequentemente per l'imaging degli anticorpi perché la sua emivita- consente l'imaging ritardato e la valutazione della biodistribuzione degli anticorpi su una finestra estesa.

Un tipico flusso di lavoro Immuno-PET include:

Selezione degli anticorpi → Radiomarcatura → Amministrazione → Imaging PET seriale → Co-registrazione anatomica → Analisi quantitativa → Biodistribuzione e interpretazione del coinvolgimento del target-

La lettura dell'imaging può includere la concentrazione dell'attività regionale, il SUV, i rapporti tra tessuto-e-fondo, curve di attività nel tempo- e altri parametri quantitativi. Analisi più avanzate possono incorporare modelli cinetici o confronti con misurazioni della PK plasmatica e dei tessuti ex vivo.

Il segnale PET non corrisponde alla concentrazione dell'anticorpo terapeutico intatto nel tessuto. È necessario tenere conto del metabolismo del radiomarcatore, dell'assorbimento non specifico, dell'attività del pool sanguigno, della stabilità del tracciante e di eventuali differenze tra la sonda per imaging e la molecola terapeutica.

Un vantaggio pratico dell'Immuno-PET è che l'analisi va oltre la semplicebiodistribuzione dell'intero-corpo.

Per gli anticorpi mirati, l'assorbimento tissutale può riflettere diversi processi sovrapposti:

Circolazione sistemica → Consegna dei tessuti → Accessibilità del bersaglio → Legame degli anticorpi → Internalizzazione o ritenzione → Eliminazione

Un segnale PET elevato in un tessuto bersaglio può indicare un rilascio favorevole, ma di per sé non dimostra il coinvolgimento del bersaglio farmacologico.

Per rafforzare l'interpretazione, i dati dell'immuno-PET possono essere combinati con misurazioni indipendenti come l'espressione dei recettori, i biomarcatori tissutali, l'immunoistochimica, la biodistribuzione ex vivo o i test di occupazione dei recettori.

I programmi ADC si basano in particolare su questa stratificazione di prove. Un ADC dipende dall'esposizione sistemica, dall'accessibilità dell'antigene bersaglio, dal legame degli anticorpi, dall'internalizzazione, dal traffico intracellulare e dal successivo rilascio del carico utile.

La recensione di Carmon e Azhdarinia del 2018 descrive come⁸⁹La Zr-immuno-PET è stata utilizzata per valutare la biodistribuzione dell'intero corpo, la farmacocinetica e il targeting tumorale di anticorpi e ADC. Aumenta inoltre la possibilità di utilizzare l'imaging molecolare per caratterizzare l'eterogeneità dei target e supportare le strategie di selezione dei pazienti-.

Immuno-PET è meglio considerarlo come unapproccio di imaging funzionale che si affianca alle misurazioni molecolari e istologiche, non un loro sostituto autonomo.

Ciò che l'Immuno-PET aggiunge dipende dalla tecnologia di imaging e dal modello biologico utilizzato.

Offerta di studi NHPun'impostazione traslazionale utile per la biodistribuzione degli anticorpiperché supportano l'imaging seriale insieme alla farmacologia convenzionale, all'analisi dei biomarcatori e, quando scientificamente giustificato, al campionamento dei tessuti.

Gli NHP consentono inoltre protocolli di imaging più vicini alla scala e al flusso di lavoro degli studi clinici PET rispetto alla maggior parte dei modelli animali-più piccoli. Le dimensioni corporee più grandi forniscono una separazione anatomica sufficiente per l'imaging a livello di organo-e l'imaging longitudinale consente a ciascun animale di fungere da proprio riferimento in più punti temporali.

La rilevanza del modello NHP deve ancora essere valutata caso-per-caso. Le differenze tra specie-nell'espressione target, nel riconoscimento degli epitopi, nelle interazioni dei recettori Fc e nella farmacologia degli anticorpi possono influenzare il modo in cui vengono interpretati i dati dell'Immuno-PET.

Per questo motivo, la reattività crociata del target e le caratteristiche di legame dovrebbero essere confermate nelle specie NHP scelte prima di utilizzare il modello per l'imaging quantitativo specifico del target.

Un modello NHP biologicamente rilevante non è semplicemente quello in cui è possibile rilevare l’anticorpo. È quello in cui l'interazione molecolare studiata è sufficientemente paragonabile al meccanismo clinico previsto.

L'imaging PET seriale può mappare la distribuzione relativa di un anticorpo radiomarcato nei principali organi e tessuti, integrando gli studi convenzionali sulla PK plasmatica e sulla biodistribuzione ex vivo.

I dati risultanti possono aiutare a distinguere la distribuzione fisiologica prevista dall'accumulo insolito e a identificare i tessuti che meritano ulteriori indagini.

Per gli anticorpi-specifici del bersaglio, l'imaging può indicare se il bersaglio è accessibile in vivo.

Ciò differisce dal mostrare l'espressione target in un campione di tessuto. L'immunoistochimica e test simili ex vivo confermano la presenza, mentre l'immuno-PET aggiunge accessibilità in vivo e accumulo di anticorpi.

L'espressione target può variare a seconda dei tessuti, delle lesioni o degli stadi della malattia.

Ciò è particolarmente importante in oncologia, dove una singola biopsia non sempre rappresenta l'espressione target tra le lesioni. L'imaging-del corpo intero è in grado di mappare la distribuzione target tra le lesioni in modi in cui un singolo campione di tessuto non è in grado di farlo.

Diversi anticorpi diretti verso lo stesso bersaglio possono avere affinità, riconoscimento degli epitopi, caratteristiche di internalizzazione o distribuzione tissutale differenti.

L'immuno-PET può essere incorporato nelle strategie di selezione-dei candidati confrontando l'assorbimento dei tessuti e la distribuzione-associata al target prima di far avanzare una molecola verso stadi di sviluppo a maggiore intensità di risorse-.

CollegamentoImmuno-PET nel quadro più ampio di imaging PK/PDquestioni per il ragionamento traslazionale.

Come discusso nell'articolo correlato Valutazione PK/PD basata sull'imaging in non{1}}primati umani, la PK plasmatica convenzionale descrive l'esposizione sistemica, mentre l'imaging aggiunge informazioni spaziali e longitudinali sulla distribuzione dei tessuti.

Per lo sviluppo di anticorpi, questa relazione può essere estesa:

PK plasmatica → Biodistribuzione tissutale → Accessibilità target → Coinvolgimento target → Risposta farmacodinamica

Ogni passaggio risponde a una domanda diversa.La PK plasmatica descrive la quantità di anticorpi presenti in circolazione.L'imaging PK mostra dove è distribuito l'anticorpo marcato e come tale distribuzione cambia nel tempo.

L'Immuno-PET specifico del target può fornire prova dell'assorbimento associato al target- quando il tracciante e il disegno sperimentale supportano tale interpretazione.

Le misurazioni farmacodinamiche determinano quindi se l'interazione con il bersaglio si traduce in una risposta biologica misurabile.

Questo quadro integrato è particolarmente utile per i farmaci biologici la cui attività terapeutica dipende dalla penetrazione nei tessuti o dall'accessibilità del bersaglio molecolare.

L'immuno-PET è una metodologia potente, ma è necessario considerare diversi fattori tecnici durante la progettazione e l'interpretazione degli studi.

La radiomarcatura può alterare il comportamento biologico di un anticorpo. Il tracciante marcato deve essere caratterizzato per immunoreattività, affinità, stabilità e altre proprietà rilevanti prima dell'uso.

Per i programmi ADC, un'ulteriore considerazione è che l'anticorpo di imaging e l'ADC terapeutico non sono necessariamente molecole identiche. La coniugazione di un carico utile può alterare le proprietà molecolari, comprese la farmacocinetica e la stabilità.

Di conseguenza, la biodistribuzione di un anticorpo nudo radiomarcato non dovrebbe essere automaticamente considerata identica alla biodistribuzione del corrispondente ADC.

Questa limitazione è documentata nella letteratura sull'Immuno-PET (ad esempio, Carmon e Azhdarinia, 2018) e merita attenzione quando i risultati dell'imaging vengono tradotti in conclusioni terapeutiche.

Un'elevata espressione del target nei tessuti normali può influenzare sostanzialmente la distribuzione e la clearance degli anticorpi.

La disposizione del farmaco mediata dal target (TMDD) descrive questo modello: assorbimento specifico del tessuto- che diverge dalla distribuzione non specifica. L'imaging può mostrare il modello, ma l'interpretazione quantitativa richiede un contesto farmacologico appropriato.

Poiché gli anticorpi circolano per periodi prolungati, l’attività vascolare può dominare il segnale PET nei primi momenti dell’imaging.

Questo è uno dei motivi per cui l'imaging longitudinale e un'appropriata segmentazione anatomica sono importanti quando si interpreta l'assorbimento dei tessuti.

I rapporti SUV e tessuto-rispetto-al fondo sono misure quantitative utili, ma non forniscono necessariamente una descrizione completa della cinetica degli anticorpi.

A seconda della domanda di ricerca, le curve tempo-attività, la modellazione cinetica, le funzioni di input del plasma e la convalida ex vivo possono fornire informazioni aggiuntive.

Il metodo quantitativo appropriato deve essere selezionato a seconda che l'obiettivo primario sia la biodistribuzione, la cinetica tissutale, il legame con il target o la valutazione farmacodinamica.

Immuno-PET aggiunge di più se interpretato insieme ad altri endpoint traslazionali.

Per esempio:

PET-TCpuò combinare il segnale molecolare con la localizzazione anatomica.

risonanza magneticapuò aggiungere informazioni sui-tessuti molli e informazioni anatomiche ad alta-risoluzione, in particolare perStudi sul sistema nervoso centrale.

Plasma PKfornisce misurazioni dell’esposizione sistemica.

Biomarcatori e patologiaoffrire prove indipendenti dell’attività biologica o degli effetti sui tessuti.

Endpoint funzionaliindicare se il coinvolgimento del bersaglio molecolare si traduce in una risposta farmacologica misurabile.

L'infrastruttura di ricerca traslazionale di Prisys comprende PET-CT, MRI, CT, DSA e altre modalità di imaging clinico-equivalenti, supportando l'imaging multimodale nell'ambito degli studi NHP.

Supporta anche la piattaforma più ampiaFarmacologia NHP, valutazione PK/PD, indagini sui biomarcatori e studi-di coinvolgimento dei target, in modo che i dati di imaging molecolare possano essere interpretati all'interno di un quadro di ricerca preclinica più ampio.

Questo approccio integrato è particolarmente importante quando la questione dello sviluppo si estende oltre la semplice biodistribuzione:

L’anticorpo raggiunge il tessuto desiderato, interagisce con il suo bersaglio e produce la risposta biologica prevista?

L'immuno-PET può essere incorporato in diverse fasi dello sviluppo di prodotti biologici. Durante la selezione iniziale dei candidati, può confrontare gli anticorpi sulla distribuzione nei tessuti e sull'assorbimento associato al target-.Durante la farmacologia preclinica, può integrare l'analisi della PK plasmatica e dei tessuti per studiare l'esposizione nei siti rilevanti.

Per i programmi ADC, può fornire informazioni sull'accessibilità dei target e sulla distribuzione dell'intero corpo- in modo da integrare gli studi sull'efficacia e sulla sicurezza.

Per i programmi oncologici, l'imaging-del corpo intero può caratterizzare l'espressione di target eterogenei tra le lesioni e supportare lo sviluppo di biomarcatori di imaging.

I rapporti clinici sottolineano anche un ruolo dell'Immuno-PET nella selezione dei pazienti e nello sviluppo-diagnostico, sebbene la conversione da un tracciante di imaging preclinico a un diagnostico clinico richieda una convalida separata. Lo studio ZEPHIR è un esempio ben-noto:⁸⁹L'imaging con Zr-trastuzumab è stato studiato in relazione alla risposta al trattamento nel cancro al seno HER2-positivo.

Per i programmi NHP preclinici, il valore immediato è generalmente una comprensione più concreta della biodistribuzione degli anticorpi, dell'accessibilità del target e delle relazioni tra esposizione-risposta prima della traduzione clinica.

Il valore dell'Immuno-PET nella ricerca NHP non è solo la capacità di visualizzare un anticorpo.

Il suo valore scientifico risiede nel collegare l’esposizione sistemica con la distribuzione spaziale e l’accessibilità del bersaglio molecolare.

La PK plasmatica convenzionale rimane essenziale per comprendere l’esposizione sistemica. L'analisi dei tessuti ex vivo fornisce informazioni dettagliate in siti anatomici selezionati. L'immuno-PET aggiunge una dimensione longitudinale dell'imaging del corpo intero- che può mostrare dove si accumula un anticorpo radiomarcato e come tale distribuzione cambia nel tempo.

In combinazione con test di espressione-target, biomarcatori tissutali, patologia ed endpoint farmacodinamici, l'Immuno-PET contribuisce a una visione più integrata della farmacologia anticorpale.

Per gli studi NHP su mAbs, anticorpi bispecifici e ADC, un quadro utile è quindi:

Esposizione → Biodistribuzione → Accessibilità del target → Coinvolgimento del target → Risposta biologica

Questo framework collega i concetti di imaging molecolare discussi nella serie più ampia di Prisys, dalla biodistribuzione PET e PK/PD basata sull'imaging-al coinvolgimento quantitativo del target e all'imaging molecolare traslazionale.

L’obiettivo non è quello di sostituire la PK convenzionale o l’analisi dei tessuti, ma di aggiungere informazioni spaziali e longitudinali che questi metodi non possono fornire da soli.

Carmon KS, Azhdarinia A. Applicazione di immuno-PET nello sviluppo di coniugati di farmaci-di anticorpi.Mol Imaging. 2018;17:1536012118801223. doi:10.1177/1536012118801223

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