Биораспределение — это метод отслеживания перемещения интересующих соединений в организме экспериментального животного или человека. Например, при разработке новых соединений для сканирования ПЭТ ( позитронно-эмиссионная томография ) радиоактивный изотоп химически соединяется с пептидом (субъединицей белка ) . Этот особый класс изотопов испускает позитроны ( частицы антивещества , равные по массе электрону, но имеющие положительный заряд). При выбрасывании из ядра позитроны сталкиваются с электроном и подвергаются аннигиляции , в результате чего возникают два гамма-луча, движущихся в противоположных направлениях. Эти гамма-лучи можно измерить и количественно определить, сравнив со стандартом.
Полезное новое радиомеченое соединение — это то, которое подходит либо для медицинской визуализации определенных частей тела, таких как мозг или опухоли (введение низких доз радиоактивности), либо для лечения опухолей (требующее введения высоких доз радиоактивности). В обоих случаях соединение должно накапливаться в целевом органе, а любой избыток соединения должен быстро выводиться из организма. В медицинской диагностической визуализации это затем дает четкое диагностическое изображение (высокая контрастность изображения), а в радиотерапии приводит к атаке на цель (например, опухоль), сводя к минимуму побочные эффекты для нецелевых органов. При разработке нового диагностического или терапевтического соединения необходимо оценить дополнительные факторы, включая безопасность для человека. С точки зрения эффективности биораспределение является важным аспектом, который можно измерить путем препарирования или визуализации.
Например, новое радиоактивно меченое соединение вводится внутривенно группе из 16-20 грызунов (обычно мышей или крыс). С интервалом в 1, 2, 4 и 24 часа меньшие группы (4-5) животных подвергаются эвтаназии, а затем препарируются. Интересующие органы (обычно: кровь, печень, селезенка, почки, мышцы, жир, надпочечники, поджелудочная железа, мозг, кости, желудок, тонкий кишечник, а также верхняя и нижняя части толстого кишечника, опухоль, если она присутствует) помещаются в предварительно взвешенные контейнеры и взвешиваются, затем помещаются в устройство, измеряющее радиоактивность (например, гамма-излучение). Нормализация концентрации радиоактивности тканей к введенной дозе дает значения в единицах процента от введенной дозы на грамм органа или биологической ткани. Результаты дают динамическое представление о том, как соединение перемещается по животному и где оно задерживается.
Подобно процедуре препарирования, животным вводят низкую дозу радиоактивно меченого соединения. В выбранные временные точки после инъекции получают изображения ПЭТ или ОФЭКТ, обычно также изображение КТ или МРТ для анатомической справки. Концентрация радиоактивности измеряется по изображениям ПЭТ или ОФЭКТ для различных интересующих органов. Это может включать измерение объема этих органов, например, по изображению КТ (вместо взвешивания органов, как в процедуре препарирования) или оценку концентрации радиоактивности в репрезентативной части органа. Нормализация концентраций радиоактивности тканей к введенной дозе дает значения в единицах процента введенной дозы на миллилитр органа или биологической ткани.
Преимущество визуализации заключается в том, что животные могут быть анестезированы для визуализации в течение нескольких или всех требуемых временных точек, то есть для этой процедуры требуется несколько животных, и все они остаются живыми. Это считается неинвазивной процедурой. Кроме того, процедура по сути та же самая, что и для медицинской диагностической визуализации в клинике, с двумя основными отличиями: (1) новые соединения, находящиеся в стадии разработки, могут быть введены животным при условии тщательного изучения и одобрения детального экспериментального плана, в то время как врачи могут вводить только радиоактивно меченые соединения, которые были тщательно протестированы и одобрены для использования на людях; (2) животные обычно должны быть анестезированы на время сканирования (порядка нескольких минут), в то время как люди бодрствуют и просто должны оставаться неподвижными во время сканирования.
В генной терапии векторы доставки генов, такие как вирусы, могут быть визуализированы либо по их биораспределению частиц, либо по их схеме трансдукции . Первое означает маркировку вирусов контрастным веществом , что позволяет сделать их видимыми в некоторых модальностях визуализации, таких как МРТ или ОФЭКТ / ПЭТ , а второе означает визуализацию маркерного гена вектора доставки генов с помощью иммуногистохимических методов, оптической визуализации или даже ПЦР . Неинвазивная визуализация приобрела популярность, поскольку оборудование для визуализации стало доступным для использования в исследовательских целях в клиниках.
Например, бакуловирусы , отображающие авидин , можно визуализировать в мозге крысы, покрыв их биотинилированными частицами железа, что делает их видимыми в МРТ. Биораспределение частиц железовируса, как было отмечено, концентрируется на клетках сосудистого сплетения боковых желудочков. [1]