Jun 11, 2023
ダイナミック18F
Nature Communications volume 13、記事番号: 7974 (2022) この記事を引用する 3469 アクセス数 5 引用数 356 Altmetric Metrics 詳細 Pretomanid は、以下に対して有効なニトロイミダゾール系抗菌剤です。
Nature Communications volume 13、記事番号: 7974 (2022) この記事を引用
3469 アクセス
5 引用
356 オルトメトリック
メトリクスの詳細
プレトマニドは、薬剤耐性結核菌に対して有効なニトロイミダゾール系抗菌薬で、多剤耐性 (MDR) 肺結核 (TB) の治療にベダキリンおよびリネゾリド (BPaL) との併用が承認されています。 しかし、これらの抗生物質の中枢神経系 (CNS) への浸透、および結核髄膜炎に対する BPaL レジメンの有効性は十分に確立されていません。 重要なことは、MDR 株による結核髄膜炎に対する有効な治療法が不足しており、その結果死亡率が高いということです。 我々は、18F-プレトマニド（抗生物質と化学的に同一）を合成する新しい方法を開発し、異種間陽電子放射断層撮影法（PET）イメージングを実行してプレトマニドの濃度-時間プロファイルを非侵襲的に測定した。 結核髄膜炎のマウスおよびウサギモデルにおけるダイナミック PET は、プレトマニドの優れた CNS 浸透を示していますが、脳脊髄液 (CSF) レベルは脳実質のレベルと相関していません。 結核髄膜炎のマウスモデルにおけるBPaLレジメンの殺菌活性は、おそらく脳実質へのベダキリンとリネゾリドの浸透が制限されているため、標準的な結核レジメンよりも大幅に劣っています。 最後に、6 人の健康なボランティアにおけるヒト初の動的 18F プレトマニド PET では、プレトマニドの優れた CNS 浸透が実証され、CSF よりも脳実質におけるレベルが有意に高かった。 これらのデータは、結核髄膜炎に対する新しい抗生物質治療法の開発に重要な意味を持ちます。
結核（TB）は依然として単一の感染性病原体による主要な死因の 1 つであり 1、結核髄膜炎は、特に若年者や免疫力の低下した人々にとって最も深刻な肺外型です 2、3、4。 第一選択の抗生物質（イソニアジドやリファンピン）に耐性のある結核菌によって引き起こされる多剤耐性結核（MDR）が増加しています。 MDR 株による結核髄膜炎は高い死亡率と関連しており 5、6、7 、薬剤耐性は死亡の独立した予測因子です 8。 結核性髄膜炎患者 237 名を対象とした最近の後ろ向きコホート研究では、薬剤耐性患者 (67%) の死亡率が薬剤感受性患者 (24%、P < 0.001) よりも有意に高かった9。 さらに、治療開始から90日後の薬剤耐性結核髄膜炎患者の死亡率は有意に高かった(調整ハザード比7.2)(P<0.001)。 したがって、この公衆衛生上の脅威と闘うために、MDR-TB に対する新薬とより効果的な治療法が緊急に必要とされています。 プレトマニド（旧PA-824）はニトロイミダゾールクラスの抗菌薬に属する小分子で、ベダキリンおよびリネゾリド（BPaL）との併用で肺MDR-TBの治療薬として2019年に米国食品医薬品局（FDA）によって承認された。 -ベダキリン、プレトマニド、リネゾリド）10． プレトマニドは複製型および非複製型結核菌の両方に対して活性があり、これがその優れた殺菌活性に貢献しています11、12、13、14。
いくつかの例外を除いて、現在の抗生物質の推奨投与量は血漿濃度に基づいており、感染部位での薬物濃度に関する情報はありません。 標的組織内の抗生物質濃度が不適切であると、耐性菌の選択、毒性や臓器損傷、そして最終的には治療の失敗につながる可能性があるため、感染組織内の抗生物質濃度の測定を支持する研究の数と米国 FDA が増えています15。 したがって、我々は、動物およびヒトにおける抗生物質の濃度-時間曲線の非侵襲的、同時かつ公平なマルチコンパートメント現場測定のための、陽電子放出断層撮影法（PET）ベースの臨床的に応用可能な技術を開発した16、17、18。 この研究では、結核髄膜炎のマウスおよびウサギモデルでの詳細な動物研究を利用して、全身の薬物の体内分布を非侵襲的に評価するための分子イメージングツールとしての18F-プレトマニドの開発を報告します（図1）。 簡単に説明すると、感染した動物は 18F-プレトマニドを使用したダイナミック PET/コンピューター断層撮影 (CT) を受け、対象容積 (VOI) における PET シグナルを定量化することで時間活動曲線 (TAC) および曲線下面積 (AUC) を取得します。 死後のオートラジオグラフィーと組織学もすべての動物モデルで実行されます。 結核髄膜炎に対するプレトマニド含有レジメンの可能性は未知であるため、ベダキリン (B)、プレトマニド (P)、およびリネゾリド (L) レジメンを結核髄膜炎のマウス モデルでテストします 20。 質量分析法と伝統的な微生物学技術を使用して、実質内の薬剤レベルと殺菌効果（細菌量はコロニー形成単位[CFU]で定量化）を長期的に評価します。 現在の適正製造基準（cGMP）に基づく 18F-プレトマニドの放射合成はヒトへの翻訳を容易にし、ファーストインヒトの動的 18F-プレトマニド PET 研究は米国 FDA ガイドラインに従って実施されます。
98%. While this method allowed the radiosynthesis of 18F-pretomanid for animal studies, the use of dichloroethane precluded its clinical translation. Therefore, we tested alternative reaction solvents to translate the synthesis of 18F-pretomanid under cGMP conditions which unfortunately significantly reduced RCY. However, automated cGMP synthesis of 18F-pretomanid was successful under microwave irradiation at 100 watts for 10 min (reaching 120 °C) in dimethylformamide in the absence of silver salts, despite previous reports that catalyst-free thermal activation had been unsuccessful for the preparation of 18F-labeled aryl-OCF3 compounds. Under these conditions, 18F-pretomanid was obtained in 5.7 ± 0.3% n.d.c. yield and a specific activity of 68 ± 2 GBq/µmol. HPLC analysis showed ≥95% radiochemical purity and a single peak corresponding to the 19F-reference pretomanid in the UV chromatogram (Fig. S3)./p>90%) in mouse, rabbit, and human serum at 37 °C for three hours. Defluorination was not observed. Pretomanid is known to be highly protein bound (~86%) in human plasma22. When incubated with mouse, rabbit, and human serum at 37 °C, the protein binding level of 18F-pretomanid was 75–77% in healthy human, 78–80% in healthy rabbit, 80–83% in M. tuberculosis-infected rabbit, 75–80% in healthy mouse, and 74–78% in M. tuberculosis-infected mouse sera (Table S1). Overall, 18F-pretomanid had similar protein binding (74–83%) to unlabeled pretomanid, and no significant differences were found between species over time. 18F-Pretomanid experimental LogD7.4, which represents its distribution coefficient at physiological pH, was 1.9 ± 0.1, which is only a 0.4 Log decrease when compared to unlabeled pretomanid23. Thus, 18F-labeled and unlabeled pretomanid are expected to have similar tissue partitioning. Whole-body biodistribution of 18F-pretomanid was measured in mice with experimentally-induced pulmonary TB utilizing PET/CT and gamma counting (Fig. S4). Upon intravenous injection, 18F-pretomanid rapidly distributed to all major organs, which was also confirmed by post-mortem biodistribution quantification by gamma-counting (Fig. S4a, b). The activity in the bone was low and did not substantially increase over time which indicates that defluorination did not occur in vivo (Fig. S4c). Similar to the parent drug, 18F-pretomanid underwent both renal and hepatobiliary excretion (Fig. S4d). Low uptake was observed in muscle and high uptake was found in brown adipose tissue (BAT), which cleared within hours (Fig. S4e). Spatial distribution with ex vivo autoradiography in the mouse model of pulmonary TB showed reduced uptake of 18F-pretomanid in lung lesions compared to unaffected lung (Fig. S4f). The upper-body biodistribution of 18F-pretomanid was also measured in rabbits showing similar findings as in mice (Fig. S5)./p>1]. However, in vivo 3D PET/CT and 2D ex vivo autoradiography in the mouse model of TB meningitis showed reduced uptake of 18F-pretomanid with filling defects at the center of the brain lesion (visible in live animals with 18F-FDG PET/CT and ex vivo histopathology, respectively) (Fig. 3a, b). AUC ratio (brain/plasma) was 1.35 (median; IQR, 0.81–1.52) in brain lesions and 1.56 (median; IQR, 1.22–1.69) in unaffected brain regions (Fig. 3c, d). Similar findings were noted in a rabbit model of TB meningitis (Fig. 3e–h), with median AUC ratio (brain/plasma) of 1.87 (IQR, 1.66–4.63) into brain lesions and 2.75 (IQR, 1.64–5.73) into the unaffected brain./p>1.5) at the start of treatment (and remained high (>1) after two weeks of treatment (Fig. 4e). Brain parenchymal and CSF drug and metabolite levels were also measured by mass spectrometry, which demonstrated discordant penetration into the brain parenchyma and CSF compartments (P = 0.002, Fig. 4f–h and Table S3). While linezolid levels were higher in the CSF compared to the brain parenchyma, both pretomanid and bedaquiline levels were higher in the brain parenchyma compared to the CSF. Bedaquiline rapidly undergoes N-demethylation in vivo to form a metabolite (M2), which is also active against M. tuberculosis. We found that M2 levels (albeit still low) were higher in the brain parenchyma than the parent drug (Table S3)./p>1 (Fig. 5 and Fig. S8). Additionally, and similar to the findings in the animal models, 18F-pretomanid exposures were compartmentalized with significantly lower penetration noted in the CSF (ventricles), compared to the brain parenchyma (Fig. 5; P = 0.018)./p>1] even after initiation of treatment with dexamethasone-containing regimens, which decreases BBB permeability./p>95%) using cGMP by the Johns Hopkins PET Radiotracer Center. Written informed consent was obtained from all healthy volunteers and deidentified images were analyzed. All subjects had a physical exam by a trained physician and screening laboratory tests before imaging to confirm eligibility. Each subject received an intravenous bolus of 359.52 ± 2.79 MBq of 18F-pretomanid followed by dynamic PET utilizing a multi-bed protocol immediately after tracer injection (0–60 min) and 180 min after tracer injection (180–210 min) using Siemens Biograph mCT 128-slice scanner. All subjects were assessed for adverse events immediately after the completion of the imaging studies and via a follow up telephone interview at 20–25 days after the imaging studies. A trained radiologist also evaluated the CT images for all subjects to assess for any anatomic abnormalities./p>
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