[논문 리뷰] Use of a clinical PET/CT scanner for whole body biodistribution of intranasal nanoparticles

Michael C. Veronesi, Marta Zamora외 4명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 03.

Nanoparticle-Based Drug Delivery참고 문헌 15인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 스プライ스 데이리 래트에서 비경구 투여 후 100 nm 폴리머 마이셀라리 나노입자의 전신 생체분포를 임상용 PET/CT 스캐너를 사용하여 정량화할 수 있는 가능성을 입증한다. 자이르코늄-89로 방사성 표지된 나노입자는 생체 내 PET/CT 영상과 유후의 감마 카운팅 간에 일관된 생체분포 패atters를 보였으며, 이는 스캐너가 비경구 나노치료제의 전임상 생체 내 평가에 유용하다는 것을 검증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 임상용 PET/CT 스캐너를 사용한 비경구 나노입자의 전신 생체분포 영상 촬영 가능성 평가
• 정확도 검증을 위한 생체 내 PET/CT 영상 데이터와 유후 감마 카운터 측정치 비교
• 비경구 및 정맥 투여 후 100 nm 폴리머 마이셀라리 나노입자의 시간적 및 공간적 분포 평가
• 라디오뉴클리드 표지된 나노치료제의 정량적 비침습적 평가 방법 개발 지원

제안 방법

• 생체 내 추적을 위한 자이르코늄-89로 100 nm 폴리머 마이셀라리 나노입자 방사성 표지
• 스プライ스 데이리 래트에 Zr-89 표지된 나노입자 비경구 또는 정맥 투여
• 임상 스캐너를 사용해 투여 후 30분 및 1시간에 일련의 PET/CT 영상 촬영
• 투사 후 유후 장기 수거 및 감마 카운팅을 통해 PET/CT 영역의 관심 영역 활성도 측정값 검증
• PET/CT 영상에 대한 3차원 관심 영역 구축을 통한 정량적 생체분포 분석
• 이미지 유도 활성도 값과 유후 감마 카운터 데이터 비교를 통한 영상 정확도 검증

실험 결과

연구 질문

• RQ1 임상용 PET/CT 스캐너는 비경구 나노입자의 생체 내 분포를 정확하게 정량화할 수 있는가?
• RQ2 비경구 투여 시 나노입자의 생체분포는 정맥 투여와 비교해 어떤가?
• RQ3 PET/CT 영상 기반 활성도 측정값과 유후 감마 카운터 데이터 간에 강한 상관관계가 있는가?
• RQ4 임상용 PET/CT 스캐너는 나노치료제의 정량적 생체 내 평가를 어느 정도 지원하는가?
• RQ5 이 방법은 새로운 라디오나노의학제제의 전임상 테스트에 신뢰성 있게 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 임상 스캐너를 사용한 PET/CT 영상 촬영은 비경구 나노입자의 여러 장기에서의 생체분포를 성공적으로 시각화하고 정량화했다.
• 관심 영역에서 유도된 이미지 활성도 측정값은 수거한 장기의 유후 감마 카운터 측정값과 강한 일치를 보였다.
• 투여 후 30분 및 1시간에 비경구 투여 시 뇌 조직에서 약물 축적을 관찰하여 비경로를 통한 뇌로의 전달 가능성을 시사했다.
• 비경구 투여는 정맥 투여에 비해 폐 및 비강 조직에서 더 높은 초기 축적을 보였다.
• 이 연구는 임상용 PET/CT 스캐너가 전임상 나노치료제 평가를 위한 신뢰할 수 있는 정량적 생체분포 데이터를 제공할 수 있음을 확인했다.
• 이 방법은 재현성과 정확성을 입증하여 라디오나노의학제제 개발에 활용 가능성을 뒷받침한다.