[論文レビュー] Use of a clinical PET/CT scanner for whole body biodistribution of intranasal nanoparticles

Michael C. Veronesi, Marta Zamora+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2017

Nanoparticle-Based Drug Delivery参考文献 15被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、スプローク・ドウレー系ラットに鼻内投与した100 nmポリマー微小粒子の全身バイオドキュメンテーションを、臨床用PET/CTスキャナを用いて定量的に評価する可能性を示した。89Zrでラベル化された粒子は、体内PET/CTイメージングと死後ガンマカウントの間で一貫したバイオドキュメンテーションパターンを示し、スキャナの前臨床的体内評価における有用性が裏付けられた。

ABSTRACT

Whole body biodistribution of 100 nanometer sized polymer micellar nanoparticles (NPs) was determined following intranasal administration using PET/CT imaging on a clinical scanner. Nanoparticles labeled with Zirconium 89 were administered intranasally or intravenously to Sprague Dawley rats followed by serial ex vivo PET/CT imaging in a clinical scanner. At 30 minutes and 1 hour following intranasal delivery, the animals were sacrificed and placed in the PET/CT scanner. Images were acquired and transferred to a workstation for post-processing. 3D regions of interest were constructed. A different set of animals were used for ex vivo verification. These animals were also administered 100 nm polymer micellar NPs and sacrificed at 30 min and 1 hr following intranasal or intravenous delivery via intra-cardiac perfusion. Various organs, including brain, lungs, heart, liver, spleen, stomach and intestines, were procured following exsanguination. A gamma counter determined activity in each organ for comparison with corresponding PET/CT region of interest activity measurements. The ex vivo measurements of activity were consistent with the image-based value determinations. Use of a clinical PET/CT scanner is a feasible means to determine the temporal and spatial distribution of radiolabeled agents after intranasal and intravenous delivery. This work may allow for quantitative in vivo testing of new radionanotheranostic agents.

研究の動機と目的

• 臨床用PET/CTスキャナを用いた鼻内投与ナノ粒子の全身バイオドキュメンテーションイメージングの可能性を評価すること。
• 正確性の検証のため、体内PET/CTイメージングデータと死後ガンマカウンター測定値を比較すること。
• 鼻内投与および静脈内投与後の100 nmポリマー微小粒子の時間的・空間的分布を評価すること。
• ラジオアイソトープ標識ナノセラピーデバイスの定量的で非侵襲的な評価法の開発を支援すること。

提案手法

• 体内追跡のため、100 nmポリマー微小粒子を89Zrでラベル化すること。
• スプローク・ドウレー系ラットにZr-89標識NPを鼻内または静脈内投与すること。
• 臨床スキャナを用いて投与後30分および1時間にシリアルPET/CTイメージングを実施すること。
• 死後、臓器を摘出し、PET/CTのROI（領域）活動測定値の妥当性を検証するためのガンマカウントを実施すること。
• PET/CTイメージ上での3次元ROI構築を行い、バイオドキュメンテーションの定量的分析を実施すること。
• 画像から導出された活動値と死後ガンマカウンターのデータを比較し、イメージングの正確性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 臨床用PET/CTスキャナは、鼻内投与ナノ粒子の体内バイオドキュメンテーションを正確に定量できるか？
• RQ2 鼻内投与と静脈内投与の両者における臓器への取り込みに関して、バイオドキュメンテーションの違いは何か？
• RQ3 PET/CTイメージベースの活動測定値と死後ガンマカウンター測定値との間に強い相関関係があるか？
• RQ4 臨床用PET/CTスキャナは、ナノセラピーデバイスの定量的体内評価をどの程度支援できるか？
• RQ5 このアプローチは、新規ラジオアイソトープ標識ナノアンタノスティック製剤の前臨床的テストに信頼性を持って応用可能か？

主な発見

• 臨床スキャナを用いたPET/CTイメージングにより、鼻内投与ナノ粒子の複数臓器におけるバイオドキュメンテーションが、成功裏に可視化および定量された。
• ROIにおける画像から導出された活動測定値は、摘出臓器からの死後ガンマカウンター測定値と強く整合した。
• 投与後30分および1時間に、鼻内投与後に脳への取り込みが検出された。これは鼻から脳への送達の可能性を示唆した。
• 鼻内投与では、静脈内投与と比較して肺および鼻組織への初期取り込みが顕著に高かった。
• 本研究では、臨床用PET/CTスキャナが前臨床的ナノセラピーデバイス評価に信頼できる定量的バイオドキュメンテーションデータを提供できることを確認した。
• この手法は再現性と正確性を示し、ラジオアイソトープ標識ナノセラピーデバイスの開発における応用を支持した。