Immuno-PET in NHP-Modellen für die Antikörperentwicklung

Zu den auf Antikörpern basierenden Therapeutika gehören mittlerweile herkömmliche monoklonale Antikörper (mAbs), bispezifische Antikörper, Antikörper-Wirkstoffkonjugate (ADCs) und andere künstlich hergestellte Biologika. Da molekulare Formate immer komplexer werden, ist es bei der präklinischen Arzneimittelentwicklung zu einer immer wiederkehrenden Frage geworden, zu wissen, wohin sich ein Antikörper nach der Verabreichung bewegt und ob er das beabsichtigte biologische Ziel erreicht.

Konventionelle pharmakokinetische (PK) Studien messen Antikörperkonzentrationen in Plasma oder Serum. Diese Messungen beschreiben die systemische Exposition, Clearance und Halbwertszeit, geben jedoch nur begrenzte Informationen darüber, wie sich ein Antikörper im Gewebe verteilt.

Die Immuno-Positronen-Emissions-Tomographie (Immuno-PET) schließt einen Teil dieser Lücke. Durch die radioaktive Markierung eines Antikörpers oder einer von einem Antikörper-abgeleiteten Targeting-Sonde kann PET seine Verteilung im Körper über mehrere Zeitpunkte hinweg visualisieren und quantifizieren. Wenn der Tracer seine Bindungseigenschaften an das Ziel-behält, können die Bildgebungsdaten die Gewebezugänglichkeit, die mit dem Ziel-assoziierte Aufnahme und die Beziehung zwischen systemischer Exposition und Gewebeverteilung beschreiben.

Bei nicht-menschlichen Primaten (NHPs) ist Immuno-PET gut-geeignet, weilmolekulare Bildgebungkann mit Plasma-PK, anatomischer Bildgebung, Gewebebiomarkern und pharmakodynamischen Endpunkten in einer einzigen translationalen Studie kombiniert werden.

Die Frage ist nicht nur, wohin der Antikörper gelangt, sondern auch, ob er das gewünschte Gewebe erreicht, das relevante Ziel angreift und eine Verteilung erzeugt, die mit seiner beabsichtigten Pharmakologie übereinstimmt.

Plasma-PK bleibt ein zentraler Bestandteil der Biologika-Entwicklung. Parameter wie Cmax, AUC, Clearance und Halbwertszeit beschreiben die systemische Exposition und unterstützen die Dosisauswahl und Expositions-Wirkungsmodellierung.

Die systemische Exposition lässt jedoch nicht zwangsläufig eine Gewebeexposition vorhersagen.

Ein Antikörper kann über einen längeren Zeitraum im Umlauf bleiben und dabei in den verschiedenen Organen sehr unterschiedliche Aufnahmeprofile aufweisen. Zielexpression, Gefäßpermeabilität, Gewebearchitektur, Fc-Rezeptor-Wechselwirkungen, Antigen-vermittelte Internalisierung und unspezifische Aufnahme können jeweils die Gewebeverteilung beeinflussen.

Dadurch entsteht eine Unterscheidung zwischensystemische PKUndPharmakologie auf Gewebe-ebene.

Für ein Antikörpertherapeutikum bleiben nach der konventionellen PK-Analyse oft mehrere Fragen offen:

• Erreicht der Antikörper das Zielgewebe?
• Ist das molekulare Ziel für den Antikörper in vivo zugänglich?
• Variiert die Zielexpression zwischen Geweben oder Läsionen?
• Erfolgt die Aufnahme hauptsächlich ziel-vermittelt oder unspezifisch?
• Beeinflusst eine hohe Zielexpression in normalen Geweben die Verteilung?
• Wie verändert sich die Gewebeaufnahme im Laufe der Zeit?

Die endgültige Gewebeprobenahme beantwortet einige dieser Fragen, jedoch in der Regel zu einigen ausgewählten Zeitpunkten und in einer begrenzten Anzahl von Geweben. Immuno-PET fügt eine longitudinale, nicht-invasive Perspektive hinzu, indem es verfolgt, wie sich ein radioaktiv markierter Antikörper oder eine Targeting-Sonde über die Zeit verteilt.

Die Lücke ist vor allem für Biologika mit langen Zirkulationszeiten und komplexen Gewebeverteilungsmustern von Bedeutung.

Immuno-PET kombiniert die molekularen Erkennungseigenschaften von Antikörpern mit der Empfindlichkeit und den quantitativen Fähigkeiten der Positronenemissionstomographie.

In einer typischen Studie wird ein monoklonaler Antikörper oder eine von einem Antikörper abgeleitete Sonde mit einem Positronen emittierenden Radionuklid markiert. Für intakte Antikörper sind langlebigere Radionuklide wie Zirkonium-89 (⁸⁹Zr) werden häufig verwendet, da ihre physikalische Halbwertszeit mit der relativ langsamen Verteilungs- und Clearance-Kinetik von IgG-Molekülen übereinstimmt.

^89Zrhat eine physikalische Halbwertszeit-von etwa 3,3 Tagen und unterstützt die Bildgebung über mehrere Tage nach der Verabreichung. Dies macht es für Studien zur verzögerten Gewebeverteilung nützlich, obwohl das optimale Radionuklid vom Molekülformat, der biologischen Kinetik, der Markierungschemie und dem Studienziel abhängt. In der Rezension von Carmon und Azhdarinia aus dem Jahr 2018 wird dies festgestellt⁸⁹Zr ist ein häufig verwendetes Radionuklid für die Antikörperbildgebung, da seine Halbwertszeit eine verzögerte Bildgebung und Beurteilung der Antikörper-Bioverteilung über einen längeren Zeitraum ermöglicht.

Ein typischer Immuno-PET-Workflow umfasst:

Antikörperauswahl → Radiomarkierung → Verabreichung → Serielle PET-Bildgebung → Anatomische Co-Registrierung → Quantitative Analyse → Bioverteilung und Target-Interpretation

Die Bildauslesung kann regionale Aktivitätskonzentration, SUV, Gewebe-zu-Hintergrundverhältnisse, Zeit-Aktivitätskurven und andere quantitative Parameter umfassen. Fortgeschrittenere Analysen können kinetische Modellierungen oder Vergleiche mit Plasma-PK- und Ex-vivo-Gewebemessungen umfassen.

Das PET-Signal ist nicht dasselbe wie die Konzentration intakter therapeutischer Antikörper im Gewebe. Der Metabolismus der radioaktiven Markierung, die unspezifische Aufnahme, die Aktivität des Blutpools, die Stabilität des Tracers und alle Unterschiede zwischen der bildgebenden Sonde und dem therapeutischen Molekül müssen alle berücksichtigt werden.

Ein praktischer Vorteil von Immuno-PET besteht darin, dass die Analyse über eine einfache hinausgehtBioverteilung im gesamten-Körper.

Bei gezielten Antikörpern kann die Gewebeaufnahme mehrere überlappende Prozesse widerspiegeln:

Systemische Zirkulation → Gewebeabgabe → Zielzugänglichkeit → Antikörperbindung → Internalisierung oder Retention → Clearance

Ein hohes PET-Signal in einem Zielgewebe kann auf eine günstige Abgabe hindeuten, ist jedoch kein Beweis für eine pharmakologische Zieleinwirkung.

Um die Interpretation zu stärken, können Immuno-PET-Daten mit unabhängigen Messungen wie Rezeptorexpression, Gewebebiomarkern, Immunhistochemie, Ex-vivo-Bioverteilung oder Rezeptorbelegungstests kombiniert werden.

ADC-Programme stützen sich insbesondere auf diese Beweisschichtung. Ein ADC hängt von der systemischen Exposition, der Zugänglichkeit des Zielantigens, der Antikörperbindung, der Internalisierung, dem intrazellulären Transport und der anschließenden Freisetzung der Nutzlast ab.

Der Rückblick von Carmon und Azhdarinia aus dem Jahr 2018 beschreibt, wie⁸⁹Zr-immuno-PET wurde verwendet, um die Ganzkörper-Bioverteilung, Pharmakokinetik und Tumor-Targeting von Antikörpern und ADCs zu bewerten. Es eröffnet auch die Möglichkeit, molekulare Bildgebung zur Charakterisierung der Zielheterogenität und zur Unterstützung von Patientenauswahlstrategien einzusetzen.

Immuno-PET wird am besten als eine angesehenfunktioneller Bildgebungsansatz, der neben molekularen und histologischen Messungen steht, kein eigenständiger Ersatz für sie.

Was Immuno-PET hinzufügt, hängt von der Bildgebungstechnologie und dem verwendeten biologischen Modell ab.

NHP-Studienangebotein nützlicher Translationsrahmen für die Bioverteilung von Antikörpernweil sie serielle Bildgebung zusammen mit konventioneller Pharmakologie, Biomarker-Analyse und, wenn wissenschaftlich begründet, Gewebeentnahme unterstützen.

NHPs ermöglichen außerdem Bildgebungsprotokolle, die näher am Umfang und Arbeitsablauf klinischer PET-Studien sind als die meisten kleineren -Tiermodelle. Eine größere Körpergröße bietet eine ausreichende anatomische Trennung für die Bildgebung auf Organebene, und die Längsschnittbildgebung ermöglicht es jedem Tier, über mehrere Zeitpunkte hinweg als eigene Referenz zu dienen.

Die Relevanz des NHP-Modells muss noch von Fall zu Fall bewertet werden. Speziesübergreifende Unterschiede in der Zielexpression, Epitoperkennung, Fc-Rezeptor-Interaktionen und der Antikörperpharmakologie können die Interpretation von Immuno-PET-Daten beeinflussen.

Aus diesem Grund sollten die Kreuzreaktivität und Bindungseigenschaften des Ziels in der ausgewählten NHP-Spezies bestätigt werden, bevor das Modell für die quantitative zielspezifische Bildgebung verwendet wird.

Ein biologisch relevantes NHP-Modell ist nicht einfach eines, in dem der Antikörper nachgewiesen werden kann. Dabei ist die untersuchte molekulare Wechselwirkung hinreichend mit dem beabsichtigten klinischen Mechanismus vergleichbar.

Die serielle PET-Bildgebung kann die relative Verteilung eines radioaktiv markierten Antikörpers über wichtige Organe und Gewebe abbilden und so die Plasma-PK und herkömmliche Ex-vivo-Bioverteilungsstudien ergänzen.

Die resultierenden Daten können dabei helfen, die erwartete physiologische Verteilung von einer ungewöhnlichen Ansammlung zu unterscheiden und Gewebe zu identifizieren, die eine zusätzliche Untersuchung erfordern.

Bei ziel-spezifischen Antikörpern kann die Bildgebung anzeigen, ob das Ziel in vivo zugänglich ist.

Dies unterscheidet sich von der Darstellung der Zielexpression in einer Gewebeprobe. Immunhistochemie und ähnliche Ex-vivo-Assays bestätigen das Vorhandensein, während Immuno-PET die In-vivo-Zugänglichkeit und Antikörperakkumulation erhöht.

Die Zielexpression kann je nach Gewebe, Läsion oder Krankheitsstadium variieren.

Dies ist vor allem in der Onkologie wichtig, wo eine einzelne Biopsie nicht immer die Zielexpression über Läsionen hinweg repräsentiert. Die Ganzkörperbildgebung kann die Zielverteilung über Läsionen auf eine Weise abbilden, wie es eine einzelne Gewebeprobe nicht kann.

Verschiedene Antikörper, die gegen dasselbe Ziel gerichtet sind, können unterschiedliche Affinitäten, Epitoperkennung, Internalisierungseigenschaften oder Gewebeverteilung aufweisen.

Immuno{0}}PET kann in Strategien zur Auswahl von Kandidaten-eingebunden werden, indem die Gewebeaufnahme und die ziel-assoziierte Verteilung verglichen werden, bevor ein Molekül in ressourcenintensivere Entwicklungsstadien befördert wird.

VerlinkungImmuno-PET zum breiteren bildgebenden PK/PD-RahmenAngelegenheiten für das translatorische Denken.

Wie im verwandten Artikel „Bildgebungsbasierte PK/PD-Beurteilung bei nicht-menschlichen Primaten erläutert, beschreibt die konventionelle Plasma-PK die systemische Exposition, während die Bildgebung räumliche und longitudinale Informationen über die Gewebeverteilung hinzufügt.

Für die Antikörperentwicklung kann dieser Zusammenhang erweitert werden:

Plasma-PK → Gewebebioverteilung → Zielzugänglichkeit → Zieleingriff → Pharmakodynamische Reaktion

Jeder Schritt beantwortet eine andere Frage.Die Plasma-PK beschreibt, wie viel Antikörper im Blutkreislauf vorhanden ist.Die bildgebende PK zeigt, wo der markierte Antikörper verteilt ist und wie sich diese Verteilung im Laufe der Zeit ändert.

Ziel-spezifisches Immuno-PET kann Hinweise auf eine ziel-assoziierte Aufnahme liefern, wenn der Tracer und das experimentelle Design eine solche Interpretation unterstützen.

Pharmakodynamische Messungen bestimmen dann, ob die Zielinteraktion zu einer messbaren biologischen Reaktion führt.

Dieses integrierte Framework ist am nützlichsten für Biologika, deren therapeutische Aktivität von der Gewebepenetration oder der Zugänglichkeit molekularer Ziele abhängt.

Immuno-PET ist eine leistungsstarke Methode, bei der Gestaltung und Interpretation von Studien müssen jedoch mehrere technische Faktoren berücksichtigt werden.

Radiomarkierung kann das biologische Verhalten eines Antikörpers verändern. Der markierte Tracer sollte vor der Verwendung auf Immunreaktivität, Affinität, Stabilität und andere relevante Eigenschaften hin charakterisiert werden.

Bei ADC-Programmen ist zusätzlich zu berücksichtigen, dass der bildgebende Antikörper und das therapeutische ADC nicht unbedingt identische Moleküle sind. Die Konjugation einer Nutzlast kann molekulare Eigenschaften verändern, einschließlich Pharmakokinetik und Stabilität.

Folglich sollte nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass die Bioverteilung eines radioaktiv markierten nackten Antikörpers mit der Bioverteilung des entsprechenden ADC identisch ist.

Diese Einschränkung ist in der Immuno-PET-Literatur dokumentiert (z. B. Carmon und Azhdarinia, 2018) und verdient Aufmerksamkeit, wenn bildgebende Ergebnisse in therapeutische Schlussfolgerungen umgesetzt werden.

Eine hohe Zielexpression in normalen Geweben kann die Antikörperverteilung und -clearance erheblich beeinflussen.

Die ziel-vermittelte Arzneimitteldisposition (TMDD) beschreibt dieses Muster: eine gewebespezifische Aufnahme, die von einer unspezifischen Verteilung abweicht. Die Bildgebung kann das Muster zeigen, die quantitative Interpretation erfordert jedoch einen geeigneten pharmakologischen Kontext.

Da Antikörper über längere Zeiträume zirkulieren, kann die Gefäßaktivität das PET-Signal zu frühen Zeitpunkten der Bildgebung dominieren.

Dies ist einer der Gründe, warum Längsbildgebung und geeignete anatomische Segmentierung bei der Interpretation der Gewebeaufnahme wichtig sind.

SUV- und Gewebe-zu-Hintergrundverhältnisse sind nützliche quantitative Maße, liefern aber nicht unbedingt eine vollständige Beschreibung der Antikörperkinetik.

Abhängig von der Forschungsfrage können Zeitaktivitätskurven, kinetische Modellierung, Plasmaeingabefunktionen und Ex-vivo-Validierung zusätzliche Informationen liefern.

Die geeignete quantitative Methode sollte danach ausgewählt werden, ob das primäre Ziel die Bioverteilung, die Gewebekinetik, die Zielbindung oder die pharmakodynamische Beurteilung ist.

Immuno-PET bietet mehr, wenn es zusammen mit anderen translationalen Endpunkten interpretiert wird.

Zum Beispiel:

PET-CTkann molekulare Signale mit anatomischer Lokalisierung kombinieren.

MRTkann Weichgewebe und hochauflösende anatomische Informationen hinzufügen, insbesondere fürZNS-Studien.

Plasma-PKBietet systemische Expositionsmessungen.

Biomarker und Pathologiebieten unabhängige Beweise für biologische Aktivität oder Gewebeeffekte.

Funktionale EndpunkteGeben Sie an, ob die molekulare Zielinteraktion zu einer messbaren pharmakologischen Reaktion führt.

Die translationale Forschungsinfrastruktur von Prisys umfasst PET{0}}CT, MRT, CT, DSA und andere klinische-äquivalente Bildgebungsmodalitäten und unterstützt die multimodale Bildgebung in NHP-Studien.

Die breitere Plattform unterstützt ebenfallsNHP-Pharmakologie, PK/PD-Beurteilung, Biomarker-Untersuchung und Target-Engagement-Studien, damit molekulare Bildgebungsdaten innerhalb eines breiteren präklinischen Forschungsrahmens interpretiert werden können.

Dieser integrierte Ansatz ist am wichtigsten, wenn die Entwicklungsfrage über die einfache Bioverteilung hinausgeht:

Erreicht der Antikörper das gewünschte Gewebe, interagiert er mit seinem Ziel und löst er die erwartete biologische Reaktion aus?

Immuno-PET kann in verschiedene Phasen der Entwicklung von Biologika integriert werden. Während der frühen Kandidatenauswahl können Antikörper hinsichtlich der Gewebeverteilung und der zielbezogenen Aufnahme verglichen werden.Während der präklinischen Pharmakologie kann es die Plasma-PK und die Gewebeanalyse ergänzen, um die Exposition an relevanten Stellen zu untersuchen.

Für ADC-Programme kann es die Zielzugänglichkeit und die Ganzkörperverteilung auf eine Art und Weise beeinflussen, die Wirksamkeits- und Sicherheitsstudien ergänzt.

Für onkologische Programme kann die Ganzkörperbildgebung die heterogene Zielexpression über Läsionen hinweg charakterisieren und die Entwicklung von bildgebenden Biomarkern unterstützen.

Klinische Berichte weisen auch auf eine Rolle von Immuno{0}}PET bei der Patientenauswahl und der Entwicklung begleitender Diagnosen hin, obwohl die Umsetzung von einem präklinischen bildgebenden Tracer zu einer klinischen Diagnose einer separaten Validierung bedarf. Die ZEPHIR-Studie ist ein bekanntes Beispiel:⁸⁹Die Zr-Trastuzumab-Bildgebung wurde in Bezug auf das Ansprechen auf die Behandlung bei HER2-positivem Brustkrebs untersucht.

Für präklinische NHP-Programme besteht der unmittelbare Wert im Allgemeinen in einem konkreteren Verständnis der Antikörper-Bioverteilung, der Zielzugänglichkeit und der Expositions-/Reaktionsbeziehungen vor der klinischen Umsetzung.

Der Wert von Immuno-PET in der NHP-Forschung liegt nicht nur in der Fähigkeit, einen Antikörper sichtbar zu machen.

Sein wissenschaftlicher Wert liegt in der Verknüpfung der systemischen Exposition mit der räumlichen Verteilung und der Zugänglichkeit molekularer Ziele.

Die konventionelle Plasma-PK bleibt für das Verständnis der systemischen Exposition von entscheidender Bedeutung. Die Ex-vivo-Gewebeanalyse liefert detaillierte Informationen an ausgewählten anatomischen Stellen. Immuno-PET fügt eine longitudinale Ganzkörper-Bildgebungsdimension hinzu, die zeigen kann, wo sich ein radioaktiv markierter Antikörper ansammelt und wie sich diese Verteilung im Laufe der Zeit ändert.

In Kombination mit Ziel--Expressionsassays, Gewebebiomarkern, Pathologie und pharmakodynamischen Endpunkten trägt Immuno-PET zu einer integrierteren Sicht auf die Antikörperpharmakologie bei.

Für NHP-Studien zu mAbs, bispezifischen Antikörpern und ADCs ist daher ein nützlicher Rahmen:

Exposition → Bioverteilung → Zielzugänglichkeit → Zieleingriff → Biologische Reaktion

Dieses Framework verbindet molekulare Bildgebungskonzepte, die in der breiteren Prisys-Reihe diskutiert werden, von PET-Bioverteilung und bildgebungsbasierter PK/PD bis hin zu quantitativer Zielerfassung und translatorischer molekularer Bildgebung.

Das Ziel besteht nicht darin, die herkömmliche PK oder Gewebeanalyse zu ersetzen, sondern räumliche und longitudinale Informationen hinzuzufügen, die diese Methoden allein nicht liefern können.

Carmon KS, Azhdarinia A. Anwendung von Immuno-PET in der Entwicklung von Antikörper--Wirkstoffkonjugaten.Mol-Bildgebung. 2018;17:1536012118801223. doi:10.1177/1536012118801223

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