La tomografia a emissione di positroni (PET) misura il punto in cui un farmaco radiomarcato, un biologico, una nanoparticella o una terapia cellulare entrano all'interno di un corpo vivente. Negli studi sui primati non{1}umani (NHP), il vantaggio principale è quello di rispondere a domande che la dissezione terminale non può: non solo se un candidato raggiunge il suo obiettivo, ma dove viaggia, quanto si diffonde dal sito di iniezione e come questo modello cambia nel tempo.
Queste domande sono più importanti per i vaccini e le terapie con nanoparticelle, dove il percorso attraverso i linfonodi spesso determina la quantità di antigene che raggiunge i linfonodi drenanti e, di conseguenza, quanto è forte la risposta immunitaria.
Un documento del 2021 inBiomaterialiha mostrato come appare in pratica. Martin e colleghi hanno monitorato un vaccino a nanoparticelle nei macachi rhesus con PET e imaging a fluorescenza a livello di tessuto-, lavorando dall'intero animale fino ai singoli follicoli. Dopo un’iniezione nella coscia, il segnale del vaccino è apparso nei linfonodi inguinali e iliaci, alcuni fino a 17 cm dal sito di iniezione. A livello tissutale, l'antigene dell'involucro dell'HIV visualizzato sulle nanoparticelle-si era raccolto attorno alle reti di cellule dendritiche follicolari (FDC) all'interno dei follicoli delle cellule B-.
Il vantaggio per gli sviluppatori di farmaci: l'imaging consente di collegare ciò che accade nel sito di iniezione a dove finisce il materiale, senza dover uccidere l'animale in ogni momento per scoprirlo.
Cosa aggiunge la PET agli studi sulla biodistribuzione?
Il lavoro di biodistribuzione ha sempre significato uccidere animali in momenti prestabiliti e poi misurare il tessuto: conteggio gamma, autoradiografia, istologia o qualche lettura bioanalitica. Ogni punto temporale è un animale diverso, quindi ottieni sempre e solo un'istantanea.
Il PET rimuove questo vincolo. Puoi immaginare ripetutamente lo stesso animale e osservare il movimento del radiomarcatore.
Nel lavoro preclinico questa singola capacità si riversa in diverse domande contemporaneamente: dove va il materiale, quanto velocemente viene eliminato, se raggiunge l'obiettivo e se la distribuzione corrisponde al meccanismo proposto. Per gli studi NHP in particolare, il contrasto con il lavoro sui tessuti convenzionale si presenta così:
| Approccio | Informazioni primarie | Caratteristica principale |
|---|---|---|
| Immagini PET | Biodistribuzione-corporea e regionale | Longitudinale, non-invasivo |
| Analisi dei tessuti ex vivo | Concentrazione tissutale e composizione molecolare | Terminale, quantitativo |
| Istologia/immunoistochimica | Localizzazione tissutale e cellulare | Alta risoluzione spaziale |
| Imaging a fluorescenza | Distribuzione a livello di tessuto- | Alta risoluzione spaziale, solitamente ex vivo |
| RM/TC | Anatomia e contesto strutturale | Alta risoluzione anatomica |
La PET non sostituisce-l'analisi dei tessuti. Il suo valore emerge quando si abbina l'intero-quadro molecolare del corpo con gli endpoint a livello di anatomia e tessuto-.
Uno studio sui macachi Rhesus sui vaccini mirati al sistema linfatico-
Il gruppo di Martin ha costruito un vaccino a subunità destinato a viaggiare nei vasi linfatici: un trimero dell'involucro dell'HIV montato su una nanoparticella (trimero-NP), accoppiato con un adiuvante CpG coniugato con lipidi-(amph-CpG). Hanno utilizzato la PET insieme all'imaging a fluorescenza dei tessuti per collegare l'intera-immagine animale a ciò che accadeva all'interno dei singoli nodi.
Dopo l'iniezione nella coscia, la PET ha rilevato il vaccino principalmente nei linfonodi inguinali e iliaci. Il segnale ha raggiunto i linfonodi iliaci a 17 cm dal sito di iniezione.
Quella distanza conta. Ciò dimostra che non si può presumere che il drenaggio intramuscolare si fermi al nodo più vicino. In un animale di grandi dimensioni, il tracciante attraversa stazioni linfatiche anatomicamente separate che un campione locale standard non potrebbe rilevare. La PET NHP guadagna qui il suo posto nel lavoro sui vaccini: mostra l’effettiva portata della diffusione linfatica nell’animale vivo, invece di qualunque nodo qualcuno abbia deciso di raccogliere in anticipo.
Dalla biodistribuzione-di tutto il corpo alla microanatomia dei linfonodi
L’abbinamento della PET con l’imaging dei tessuti è il punto in cui questo studio diventa interessante.La PET ha stabilito il modello macro: linfonodi inguinali e iliaci come principali siti di assorbimento. L’imaging a fluorescenza ha poi mostrato come i componenti del vaccino si trovassero all’interno di quei nodi. Il trimero visualizzato dalle nanoparticelle-si era raccolto attorno ai bordi delle reti FDC nei follicoli delle cellule B-. Questa posizione ha un senso biologico: le FDC sono l’impalcatura del follicolo linfoide e la struttura che trattiene l’antigene nel centro germinale.
Ma le immagini non provano la causa. Lo studio ha mostrato che l'antigene si trova accanto alle reti FDC; non ha dimostrato, dalla sola PET, che questo layout producesse una migliore immunità delle cellule B-. L'immagine ti dice dove si trova il materiale. Se quella posizione guidi la risposta immunitaria è una questione separata e per rispondere sono necessarie letture immunologiche.
Il flusso di lavoro si concatena in questo modo:
PET → distribuzione regionale → imaging dei tessuti → localizzazione cellulare → risultato immunitario o farmacodinamico
Ogni passaggio aggiunge ciò che il precedente non può vedere da solo.
Perché la ricerca di 17 cm è importante per la ricerca sulla biodistribuzione NHP
La cifra di 17 cm è il numero che tutti ricordano di questo documento, ma significa qualcosa solo nel contesto.
Il risultato è venuto da un vaccino contro l’HIV, somministrato in un sito, nei macachi rhesus. Non è una regola il modo in cui i vaccini drenano e non dovresti considerare 17 cm come una distanza anatomica fissa che vale negli studi NHP. Ciò che dimostra è che l’assorbimento linfatico a distanza può essere elevato e che la PET può misurarlo.
Per chiunque sviluppi un vaccino, una nanoparticella o un’immunoterapia che viaggia attraverso la linfa, la scoperta solleva una serie di domande pratiche: dove si accumula il materiale dopo l’iniezione, quali nodi vedono di più, la formulazione cambia lo schema e tale esposizione è in linea con l’effetto immunitario o farmacodinamico che effettivamente desideri? Il PET risponde ai primi. I test sui tessuti e sul sistema immunitario devono chiudere il cerchio sul resto.
La PET è uno strumento di biodistribuzione, non un test di efficacia autonomo
Un segnale PET non è la stessa cosa dell'attività. La telecamera vede il radionuclide, ovunque sia andato: un farmaco intatto, un metabolita, un frammento degradato o qualsiasi altra cosa che porti ancora l'etichetta. Quale stai guardando dipende da come lo hai etichettato.
Quindi uno studio sulla biodistribuzione del PET ha bisogno di compagnia. Un programma di vaccino o nanoparticelle di solito lo esegue insieme al campionamento del sangue per la PK sistemica, al campionamento dei nodi per l'esposizione dei tessuti, alla citometria a flusso per la profilazione delle cellule immunitarie-, all'immunoistochimica per la localizzazione e ai test funzionali per la lettura farmacodinamica. Ciò è particolarmente importante per i prodotti biologici e le nanoparticelle, dove il tracciante e il materiale attivo non sempre rimangono attaccati.
Scelta di un radionuclide PET per gli studi sulla biodistribuzione NHP
Scegli il radionuclide in modo che corrisponda alla durata della permanenza della molecola etichettata e al modo in cui si muove.
Quelli comuni,18F, 68Ga, 64 Cu, 89Zr, E124I, coprono un'ampia gamma di emivite fisiche-.18Fdecade in circa 110 minuti,64 Cuin circa 12,7 ore,89Zrin circa 3,27 giorni. Le piccole molecole-che si muovono velocemente si adattano agli isotopi-di vita breve; anticorpi, nanoparticelle e altri prodotti biologici lenti hanno bisogno di quelli longevi-come89Zrper rimanere immaginabile attraverso la finestra che ti interessa.
L'etichettatura deve inoltre lasciare intatta la molecola stessa. Cambia la sua dimensione, carica, lipofilia, legame o stabilità e potresti cambiare dove va. Trattare la radiomarcatura come un disegno di studio, non come una casella da spuntare prima della scansione.
Perché utilizzare primati non-umani per l'imaging molecolare?
Gli NHP si trovano tra i roditori e la clinica. Sono abbastanza grandi da poter eseguire scansioni con le stesse macchine e protocolli utilizzati negli esseri umani e la loro anatomia è più vicina alla nostra di quella di un topo.
Piattaforma del servizio di imaging di biodistribuzione di Prisysesegue MRI, TC, PET-TC e DSA cliniche equivalenti-, impostate per misure ripetute di progressione della malattia, distribuzione del farmaco, efficacia e biomarcatori. Perimaging molecolare, il vantaggio è la capacità di leggere la PET rispetto all'anatomia: la PET/TC allinea il segnale con la struttura e la MRI aggiunge dettagli sui tessuti molli-. Lo scopo dell'imaging NHP non è la scansione PET in sé. Si tratta di unire quell'immagine alla farmacologia, alla bioanalisi, alla patologia e al modello della malattia.
Integrazione dell'imaging PET nello sviluppo di farmaci NHP
Un buon studio NHP PET parte da una domanda, non da "otteniamo un'immagine della biodistribuzione".
Per un vaccino o una nanoparticella, il flusso di lavoro di solito è questo: etichettare e controllare la qualità del materiale, eseguire una scansione di base se necessario, somministrare, quindi acquisire PET/CT seriali, disegnare regioni di interesse e infine collegare i numeri a sangue, tessuti e dati farmacodinamici. Il set di dati indica se il candidato ha raggiunto il compartimento a cui era destinato e come è cambiata l'esposizione nel tempo.
L'imaging ha il suo peso nell'intero programma preclinico: distribuzione, farmacocinetica, coinvolgimento del target, PD, efficacia, biomarcatori. Negli NHP il vantaggio è longitudinale: segui un animale in ogni punto temporale invece di bruciare una nuova coorte per ogni scansione. Il lavoro sui tessuti terminali guadagna ancora il suo posto quando hai bisogno di una risoluzione molecolare o cellulare che la fotocamera non può darti.
Dalla biodistribuzione al processo decisionale-traslazionale
Leggere bene i dati PET significa molto più che mappare dove è finito il farmaco. La vera domanda è se il modello corrisponde al meccanismo per cui lo hai progettato.
Prendi un vaccino creato per colpire i linfonodi drenanti. La PET conferma che i nodi sono stati effettivamente esposti. L'imaging dei tessuti mostra dove si trova l'antigene al loro interno. I test immunitari dicono se quella posizione è arrivata con la risposta delle cellule B-, delle cellule T- o dell'anticorpo che volevi. La catena corre:
Somministrazione → distribuzione → esposizione-del tessuto bersaglio → localizzazione cellulare → risposta farmacodinamica → risultato
Rompilo ovunque e la storia va in pezzi. Un candidato può raggiungere il tessuto giusto senza ingaggiare il bersaglio o accumularsi nel tessuto senza fare nulla di utile. Il PET è un anello di quella catena, forte solo quando ad esso sono collegati la farmacologia e il lavoro sui tessuti.
Conclusione
La PET ti offre la possibilità di osservare il movimento di un farmaco attraverso un primate non-umano nel corso del tempo, risultando particolarmente utile quando la distribuzione è troppo complessa nello spazio o nel tempo per essere catturata dalla raccolta dei tessuti terminali.
Lo studio di Martin sul rhesus è un chiaro esempio: la PET ha mostrato l'assorbimento del vaccino nei linfonodi inguinali e iliaci, fino a 17 cm dall'iniezione sulla coscia, e la fluorescenza dei tessuti ha posizionato l'antigene delle nanoparticelle attorno alle reti FDC nei follicoli.
La lezione per gli sviluppatori è leggere la biodistribuzione come parte del set di dati traslazionale completo, non come un'immagine a sé stante. La PET offre la visione longitudinale dell'intero corpo-; La TC o la RM forniscono l'anatomia; l'imaging dei tessuti risolve i dettagli locali; Il lavoro sulla PK/PD, sul sistema immunitario e sulla patologia decide cosa significa. Per vaccini, nanoparticelle, prodotti biologici e terapie cellulari, questa combinazione è ciò che ti dice come si comporta realmente un candidato prima che raggiunga la clinica.
Lettura consigliata
Perché l'imaging molecolare NHP è fondamentale per gli studi PET traslazionali
Che cos'è l'imaging molecolare e perché è importante nello sviluppo di farmaci?
Riferimenti
Martin JT, Hartwell BL, Kumarapperuma SC, et al. Imaging combinato PET e tessuto intero-di vaccini mirati al sistema linfatico-nei primati non-umani.Biomateriali. 2021;275:120868. doi:10.1016/j.biomaterials.2021.120868.
Domande frequenti
D: Cos'è l'imaging della biodistribuzione PET negli studi NHP?
R: Si etichetta il farmaco, il biologico, la nanoparticella o altro materiale di prova con un emettitore di positroni, quindi si osserva e si misura dove va nell'animale vivente nel tempo. Copre l'intero-corpo e la distribuzione regionale e funziona insieme all'analisi dei tessuti terminali anziché sostituirla.
D: Perché utilizzare l'imaging PET invece della raccolta di tessuti convenzionale?
R: La raccolta dei tessuti misura il materiale reale, ma ogni punto temporale richiede un animale diverso, quindi ottieni solo istantanee. La PET immagina lo stesso animale ancora e ancora, fornendoti l'andamento temporale invece di una serie di campioni sconnessi.
D: Cosa ha dimostrato lo studio sul vaccino contro il macaco rhesus?
R: Dopo un'iniezione alla coscia, il vaccino con targeting linfatico-è apparso principalmente nei linfonodi inguinali e iliaci, con il segnale che raggiungeva i linfonodi iliaci a 17 cm di distanza. L'imaging dei tessuti ha posizionato l'antigene delle nanoparticelle attorno alle reti FDC nei follicoli delle cellule B-.
D: L’imaging PET dimostra il coinvolgimento o l’efficacia del target?
R: Non da solo. Il PET mostra dove è andata a finire l'etichetta. Il coinvolgimento e l’efficacia del target necessitano di letture molecolari, cellulari, funzionali o patologiche per sostenerli.
D: Quali radionuclidi possono essere utilizzati per gli studi sulla biodistribuzione della PET?
A: Il solito set lo è18F, 68Ga, 64 Cu, 89Zr, E124I. Scegli in base al modo in cui il candidato cancella, al tempo necessario per l'immagine e a ciò che consentono la chimica dell'etichettatura e la stabilità del tracciante.
D: La PET può essere combinata con altre modalità di imaging negli studi NHP?
R: Sì. La PET con TC o MRI aggiunge l'anatomia; la fluorescenza dei tessuti, l'istologia o l'immunoistochimica riempiono i dettagli locali e cellulari. La piattaforma NHP di Prisys offre PET-CT, MRI, CT e DSA per questo tipo di lavoro traslazionale.
