Immuno-PET i NHP-modeller för antikroppsutveckling

Antikropps-baserade terapier inkluderar nu konventionella monoklonala antikroppar (mAbs), bispecifika antikroppar, antikropps-läkemedelskonjugat (ADC) och andra konstruerade biologiska läkemedel. I takt med att molekylära format blir mer komplexa har det blivit en återkommande fråga i preklinisk läkemedelsutveckling att veta vart en antikropp tar vägen efter administrering och om den når det avsedda biologiska målet.

Konventionella farmakokinetiska (PK) studier mäter antikroppskoncentrationer i plasma eller serum. Dessa mätningar beskriver systemisk exponering, clearance och-halveringstid, men de ger begränsad information om hur en antikropp fördelar sig över vävnader.

Immuno-positronemissionstomografi (Immuno-PET) åtgärdar en del av detta gap. Genom att radiomärka en antikropp eller en antikropp-härledd målsöksond kan PET visualisera och kvantifiera dess fördelning över kroppen över flera tidpunkter. När spårämnet bibehåller mål-bindande egenskaper kan bilddata beskriva vävnadstillgänglighet, målassocierat upptag- och förhållandet mellan systemisk exponering och vävnadsfördelning.

Hos icke-mänskliga primater (NHP) är Immuno-PET väl-lämpad eftersommolekylär avbildningkan kombineras med plasma-PK, anatomisk avbildning, vävnadsbiomarkörer och farmakodynamiska effektmått inom en enda translationell studie.

Frågan är inte bara var antikroppen tar vägen utan om den når den avsedda vävnaden, engagerar det relevanta målet och producerar en fördelning som överensstämmer med dess avsedda farmakologi.

Plasma PK förblir en kärnkomponent i utvecklingen av biologiska läkemedel. Parametrar som Cmax, AUC, clearance och-halveringstid beskriver systemisk exponering och stödjer dosval och exponerings-responsmodellering.

Systemisk exponering förutsäger dock inte nödvändigtvis vävnadsexponering.

En antikropp kan förbli i cirkulation under en längre period samtidigt som den uppvisar mycket olika upptagsprofiler mellan organ. Måluttryck, vaskulär permeabilitet, vävnadsarkitektur, Fc-receptorinteraktioner, antigen-medierad internalisering och ospecifikt upptag kan var och en forma vävnadsfördelning.

Detta skapar en distinktion mellansystemisk PKochfarmakologi på vävnads-nivå.

För ett antikroppsläkemedel förblir flera frågor ofta öppna efter konventionell PK-analys:

• När antikroppen målvävnaden?
• Är det molekylära målet tillgängligt för antikroppen in vivo?
• Varierar måluttrycket mellan vävnader eller lesioner?
• Är upptaget primärt målmedlat-eller ospecifikt?
• Påverkar högt måluttryck i normala vävnader distributionen?
• Hur förändras vävnadsupptaget över tiden?

Terminal vävnadsprovtagning besvarar några av dessa, men vanligtvis vid några utvalda tidpunkter och i en begränsad uppsättning vävnader. Immuno-PET lägger till ett longitudinellt, icke-invasivt perspektiv genom att spåra hur en radiomärkt antikropp eller målsöksond fördelar sig över tiden.

Gapet är viktigast för biologiska läkemedel med långa cirkulationstider och komplexa vävnadsfördelningsmönster.

Immuno-PET kombinerar antikroppars molekylära igenkänningsegenskaper med positronemissionstomografins känslighet och kvantitativa förmåga.

I en typisk studie är en monoklonal antikropp eller-antikroppshärledd sond märkt med en positron-emitterande radionuklid. För intakta antikroppar, längre-radionuklider som zirkonium-89 (⁸⁹Zr) används ofta eftersom deras fysiska halveringstid-matchar den relativt långsamma distributionen och clearance-kinetiken för IgG-molekyler.

^89Zrhar en fysisk halveringstid- på cirka 3,3 dagar, vilket stöder bildbehandling under flera dagar efter administrering. Detta gör det användbart för studier av fördröjd vävnadsdistribution, även om den optimala radionukliden beror på molekylformatet, biologisk kinetik, märkningskemi och studiemål. Carmon och Azhdarinias recension 2018 noterar det⁸⁹Zr är en ofta använd radionuklid för antikroppsavbildning eftersom dess halveringstid- tillåter fördröjd avbildning och bedömning av antikroppsbiodistribution över ett längre fönster.

Ett typiskt Immuno-PET-arbetsflöde inkluderar:

Antikroppsval → Radiomärkning → Administration → Seriell PET-avbildning → Anatomisk sam-registrering → Kvantitativ analys → Biodistribution och tolkning av mål-engagemang

Bildavläsningen kan inkludera regional aktivitetskoncentration, SUV, vävnads-till-bakgrundsförhållanden, tids-aktivitetskurvor och andra kvantitativa parametrar. Mer avancerade analyser kan inkludera kinetisk modellering eller jämförelser med plasma PK och ex vivo vävnadsmätningar.

PET-signalen är inte densamma som koncentrationen av intakt terapeutisk antikropp i vävnad. Radiomärkt metabolism, ospecifikt upptag, blod-poolaktivitet, spårämnesstabilitet och eventuella skillnader mellan avbildningssonden och den terapeutiska molekylen måste alla beaktas.

En praktisk fördel med Immuno-PET är att det flyttar analysen bortom det enklabiodistribution för hela-kroppen.

För riktade antikroppar kan vävnadsupptaget återspegla flera överlappande processer:

Systemisk cirkulation → Vävnadsleverans → Måltillgänglighet → Antikroppsbindning → Internalisering eller retention → Clearance

En hög PET-signal i en målvävnad kan indikera gynnsam leverans, men det bevisar inte i sig farmakologiskt målengagemang.

För att stärka tolkningen kan Immuno-PET-data kombineras med oberoende mätningar som receptoruttryck, vävnadsbiomarkörer, immunhistokemi, ex vivo biodistribution eller receptorbeläggningsanalyser.

ADC-program förlitar sig särskilt på detta lager av bevis. En ADC beror på systemisk exponering, målantigentillgänglighet, antikroppsbindning, internalisering, intracellulär trafficking och efterföljande nyttolastfrisättning.

Carmon och Azhdarinias recension 2018 beskriver hur⁸⁹Zr-immuno-PET har använts för att utvärdera hela-kroppens biodistribution, farmakokinetik och tumörinriktning av antikroppar och ADC. Det ökar också möjligheten att använda molekylär avbildning för att karakterisera målheterogenitet och stödja patienturvalsstrategier-.

Immuno-PET ses bäst som enfunktionell avbildningsmetod som sitter vid sidan av molekylära och histologiska mätningar, inte en fristående ersättning för dem.

Vad Immuno-PET lägger till beror på bildtekniken och den biologiska modellen som används.

NHP studier erbjuderen användbar translationsmiljö för biodistribution av antikroppareftersom de stöder seriell avbildning tillsammans med konventionell farmakologi, biomarköranalys och, när det är vetenskapligt motiverat, vävnadsprovtagning.

NHP:er tillåter också avbildningsprotokoll som ligger närmare skalan och arbetsflödet för kliniska PET-studier än de flesta mindre-djurmodeller. Större kroppsstorlek ger tillräcklig anatomisk separation för avbildning på organ-nivå, och longitudinell avbildning gör att varje djur kan fungera som sin egen referens över flera tidpunkter.

Relevansen av NHP-modellen måste fortfarande utvärderas från fall-till-fall. Skillnader mellan-arter i måluttryck, epitopigenkänning, Fc-receptorinteraktioner och antikroppsfarmakologi kan påverka hur Immuno-PET-data tolkas.

Av denna anledning bör målkorsreaktivitet- och bindningsegenskaper bekräftas i den valda NHP-arten innan modellen för kvantitativ målspecifik-avbildning används.

En biologiskt relevant NHP-modell är inte bara en där antikroppen kan detekteras. Det är en där den molekylära interaktionen som studeras är tillräckligt jämförbar med den avsedda kliniska mekanismen.

Seriell PET-avbildning kan kartlägga den relativa fördelningen av en radiomärkt antikropp över viktiga organ och vävnader, vilket kompletterar plasma-PK och konventionella ex vivo biodistributionsstudier.

De resulterande data kan hjälpa till att skilja förväntad fysiologisk distribution från ovanlig ackumulering och identifiera vävnader som kräver ytterligare undersökning.

För målspecifika-antikroppar kan avbildning indikera om målet är tillgängligt in vivo.

Detta skiljer sig från att visa måluttryck i ett vävnadsprov. Immunhistokemi och liknande ex vivo-analyser bekräftar närvaron, medan Immuno-PET ger in vivo-tillgänglighet och antikroppsackumulering.

Måluttryck kan variera mellan vävnader, lesioner eller sjukdomsstadier.

Detta är viktigast inom onkologi, där en enda biopsi inte alltid representerar måluttryck över lesioner. Hela-kroppsavbildning kan kartlägga målfördelning över lesioner på sätt som ett enstaka vävnadsprov inte kan.

Olika antikroppar riktade mot samma mål kan ha olika affiniteter, epitopigenkänning, internaliseringsegenskaper eller vävnadsfördelning.

Immuno-PET kan inkorporeras i kandidat-urvalsstrategier genom att jämföra vävnadsupptag och mål-associerad distribution innan en molekyl förs in i mer resursintensiva-utvecklingsstadier.

LänkarImmuno-PET till det bredare ramverket för bildbehandling PK/PDfrågor för translationella resonemang.

Som diskuteras i den relaterade artikeln Imaging-Based PK/PD Assessment in Non{1}}Human Primates, beskriver konventionell plasma PK systemisk exponering, medan avbildning lägger till rumslig och longitudinell information om vävnadsfördelning.

För antikroppsutveckling kan detta förhållande utökas:

Plasma PK → Tissue Biodistribution → Target Accessibility → Target Engagement → Farmakodynamisk respons

Varje steg besvarar en annan fråga.Plasma PK beskriver hur mycket antikroppar som finns i cirkulationen.Imaging PK visar var den märkta antikroppen är distribuerad och hur den fördelningen förändras över tiden.

Mål-specifik Immuno-PET kan ge bevis på mål-associerat upptag när spårämnet och den experimentella designen stödjer en sådan tolkning.

Farmakodynamiska mätningar avgör sedan om målinteraktion översätts till ett mätbart biologiskt svar.

Detta integrerade ramverk är mest användbart för biologiska läkemedel vars terapeutiska aktivitet beror på vävnadspenetration eller molekylärt måltillgänglighet.

Immuno-PET är en kraftfull metod, men flera tekniska faktorer måste beaktas när man utformar och tolkar studier.

Radiomärkning kan förändra en antikropps biologiska beteende. Det märkta spårämnet bör karakteriseras för immunreaktivitet, affinitet, stabilitet och andra relevanta egenskaper före användning.

För ADC-program är ett ytterligare övervägande att den avbildande antikroppen och den terapeutiska ADC:n inte nödvändigtvis är identiska molekyler. Konjugering av en nyttolast kan förändra molekylära egenskaper, inklusive farmakokinetik och stabilitet.

Följaktligen bör biodistribution av en radiomärkt naken antikropp inte automatiskt antas vara identisk med biodistributionen av motsvarande ADC.

Denna begränsning är dokumenterad i Immuno-PET-litteraturen (t.ex. Carmon och Azhdarinia, 2018) och förtjänar uppmärksamhet när avbildningsfynd översätts till terapeutiska slutsatser.

Högt måluttryck i normala vävnader kan väsentligt påverka antikroppsfördelning och clearance.

Target-mediated drug disposition (TMDD) beskriver detta mönster: vävnads-specifikt upptag som avviker från ospecifik distribution. Avbildning kan visa mönstret, men kvantitativ tolkning kräver lämplig farmakologisk kontext.

Eftersom antikroppar cirkulerar under långa perioder kan vaskulär aktivitet dominera PET-signalen vid tidiga avbildningstidpunkter.

Detta är en anledning till att longitudinell avbildning och lämplig anatomisk segmentering är viktiga vid tolkning av vävnadsupptag.

Förhållandet mellan SUV och vävnad-till-bakgrund är användbara kvantitativa mått, men de ger inte nödvändigtvis en fullständig beskrivning av antikroppkinetiken.

Beroende på forskningsfrågan kan tids-aktivitetskurvor, kinetisk modellering, plasmaingångsfunktioner och ex vivo-validering ge ytterligare information.

Den lämpliga kvantitativa metoden bör väljas beroende på om det primära målet är biodistribution, vävnadskinetik, målbindning eller farmakodynamisk bedömning.

Immuno-PET lägger till mer när det tolkas tillsammans med andra translationella slutpunkter.

Till exempel:

PET-CTkan kombinera molekylär signal med anatomisk lokalisering.

MRIkan lägga till mjuk-vävnad och hög-anatomisk information, särskilt förCNS-studier.

Plasma PKger systemiska exponeringsmätningar.

Biomarkörer och patologierbjuda oberoende bevis på biologisk aktivitet eller vävnadseffekter.

Funktionella slutpunkterindikera om molekylärt målengagemang översätts till ett mätbart farmakologiskt svar.

Prisys translationella forskningsinfrastruktur inkluderar PET-CT, MRI, CT, DSA och andra kliniska-likvärdiga avbildningsmodaliteter, vilket stöder multimodal avbildning inom NHP-studier.

Den bredare plattformen stöder ocksåNHP farmakologi, PK/PD-bedömning, biomarkörundersökningar och mål-engagemangsstudier, så att molekylär avbildningsdata kan tolkas inom en bredare preklinisk forskningsram.

Detta integrerade tillvägagångssätt är viktigast när utvecklingsfrågan sträcker sig bortom enkel biodistribution:

När antikroppen den avsedda vävnaden, interagerar med dess mål och producerar det förväntade biologiska svaret?

Immuno-PET kan inkorporeras i olika stadier av biologisk utveckling. Under tidigt urval av kandidater kan den jämföra antikroppar på vävnadsfördelning och målassocierat upptag.-Under preklinisk farmakologi kan den komplettera plasma-PK och vävnadsanalys för att undersöka exponering på relevanta platser.

För ADC-program kan den informera om måltillgänglighet och-fördelning av hela kroppen på ett sätt som kompletterar effektivitets- och säkerhetsstudier.

För onkologiprogram kan hel-kroppsavbildning karakterisera heterogena måluttryck över lesioner och stödja utvecklingen av avbildningsbiomarkörer.

Kliniska rapporter pekar också på en roll för Immuno-PET i patienturval och medföljande-diagnostisk utveckling, även om översättning från ett prekliniskt avbildningsspårämne till en klinisk diagnostik kräver separat validering. ZEPHIR-studien är ett välkänt exempel-:⁸⁹Zr-trastuzumab-avbildning undersöktes i relation till behandlingssvar vid HER2-positiv bröstcancer.

För prekliniska NHP-program är det omedelbara värdet i allmänhet en mer konkret förståelse av antikroppsbiodistribution, måltillgänglighet och exponerings-svarsrelationer före klinisk översättning.

Värdet av Immuno-PET i NHP-forskning är inte bara förmågan att visualisera en antikropp.

Dess vetenskapliga värde ligger i att koppla systemisk exponering med rumslig fördelning och molekylärt måltillgänglighet.

Konventionell plasma-PK förblir väsentlig för att förstå systemisk exponering. Ex vivo vävnadsanalys ger detaljerad information på utvalda anatomiska platser. Immuno-PET lägger till en longitudinell,-kroppsavbildningsdimension som kan visa var en radiomärkt antikropp ackumuleras och hur fördelningen förändras över tiden.

I kombination med mål-expressionsanalyser, vävnadsbiomarkörer, patologi och farmakodynamiska slutpunkter bidrar Immuno-PET till en mer integrerad syn på antikroppsfarmakologi.

För NHP-studier av mAbs, bispecifika antikroppar och ADC:er är därför ett användbart ramverk:

Exponering → Biodistribution → Target Accessibility → Target Engagement → Biological Response

Detta ramverk kopplar samman molekylära avbildningskoncept som diskuteras i den bredare Prisys-serien, från PET-biodistribution och avbildnings-baserad PK/PD till kvantitativt målengagemang och translationell molekylär avbildning.

Målet är inte att ersätta konventionell farmakokinetik eller vävnadsanalys, utan att lägga till rumslig och longitudinell information som dessa metoder inte kan tillhandahålla ensamma.

Carmon KS, Azhdarinia A. Tillämpning av immuno-PET i antikropps-läkemedelskonjugatutveckling.Mol Imaging. 2018;17:1536012118801223. doi:10.1177/1536012118801223

Kontakta Prisys Biotech