[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究证明了使用临床PET/CT扫描仪定量检测Sprague Dawley大鼠经鼻给药后100 nm聚合物胶束纳米颗粒全身生物分布的可行性。使用锆-89标记的纳米颗粒在体内PET/CT成像与离体γ计数之间表现出一致的生物分布模式，验证了该扫描仪在经鼻纳米药物临床前体内评估中的实用性。

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.

研究动机与目标

• 评估使用临床PET/CT扫描仪进行经鼻纳米颗粒全身生物分布成像的可行性。
• 比较体内PET/CT成像数据与离体γ计数测量结果，以验证准确性。
• 评估100 nm聚合物胶束纳米颗粒经鼻与静脉给药后的时空分布特征。
• 支持开发用于放射性核素标记纳米药物的定量、非侵入性评估方法。

提出的方法

• 使用锆-89对100 nm聚合物胶束纳米颗粒进行放射性标记，以实现体内追踪。
• 将Zr-89标记的纳米颗粒经鼻或静脉给予Sprague Dawley大鼠。
• 使用临床扫描仪在给药后30分钟和1小时进行连续PET/CT成像。
• 给药后处死动物，离体取器官并进行γ计数，以验证PET/CT感兴趣区域的活性测量结果。
• 在PET/CT图像上构建三维感兴趣区域，用于定量生物分布分析。
• 将图像衍生的活性值与离体γ计数数据进行比较，以验证成像准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 临床PET/CT扫描仪能否准确量化经鼻给药纳米颗粒在体内的生物分布？
• RQ2 与静脉给药相比，经鼻给药纳米颗粒的生物分布在器官摄取方面有何差异？
• RQ3 基于PET/CT图像的活性测量值与离体γ计数数据之间是否存在强相关性？
• RQ4 临床PET/CT扫描仪在多大程度上支持对纳米药物制剂的定量体内评估？
• RQ5 该方法能否可靠地用于新型放射性核素标记纳米诊疗剂的临床前测试？

主要发现

• 使用临床扫描仪的PET/CT成像成功可视化并量化了经鼻给药纳米颗粒在多个器官中的生物分布。
• 感兴趣区域的图像衍生活性测量值与离体器官γ计数测量结果高度一致。
• 在给药后30分钟和1小时，经鼻给药后检测到脑部摄取，表明存在鼻腔至脑部的潜在输送途径。
• 与静脉给药相比，经鼻给药在初始阶段在肺部和鼻部组织中的摄取更高。
• 本研究证实，临床PET/CT扫描仪可为临床前纳米药物评估提供可靠且定量的生物分布数据。
• 该方法表现出良好的可重复性与准确性，支持其在放射性核素标记纳米诊疗剂开发中的应用。