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Jun 11, 2023

Dynamisch 18F

Nature Communications Band 13, Artikelnummer: 7974 (2022) Diesen Artikel zitieren 3469 Zugriffe 5 Zitate 356 Altmetric Metrics Details Pretomanid ist ein antimikrobielles Nitroimidazol-Wirkstoff gegen

Nature Communications Band 13, Artikelnummer: 7974 (2022) Diesen Artikel zitieren

3469 Zugriffe

5 Zitate

356 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Pretomanid ist ein antimikrobielles Nitroimidazol mit Wirkstoff gegen arzneimittelresistentes Mycobacterium tuberculosis und in Kombination mit Bedaquilin und Linezolid (BPaL) zur Behandlung von multiresistenter (MDR) Lungentuberkulose (TB) zugelassen. Das Eindringen dieser Antibiotika in das Zentralnervensystem (ZNS) und die Wirksamkeit des BPaL-Regimes bei Tuberkulose-Meningitis sind jedoch nicht ausreichend belegt. Wichtig ist, dass es an wirksamen Behandlungsmöglichkeiten für Tuberkulose-Meningitis aufgrund von MDR-Stämmen mangelt, was zu einer hohen Sterblichkeit führt. Wir haben neue Methoden zur Synthese von 18F-Pretomanid (chemisch identisch mit dem Antibiotikum) entwickelt und eine speziesübergreifende Positronenemissionstomographie (PET)-Bildgebung durchgeführt, um nichtinvasiv Konzentrations-Zeit-Profile von Pretomanid zu messen. Dynamische PET in Maus- und Kaninchenmodellen für Tuberkulose-Meningitis zeigen eine ausgezeichnete ZNS-Penetration von Pretomanid, die Konzentrationen der Liquor cerebrospinalis (CSF) korrelieren jedoch nicht mit denen im Hirnparenchym. Die bakterizide Wirkung des BPaL-Regimes im Mausmodell der Tuberkulose-Meningitis ist wesentlich schlechter als das Standard-TB-Regime, was wahrscheinlich auf die eingeschränkte Penetration von Bedaquilin und Linezolid in das Gehirnparenchym zurückzuführen ist. Schließlich zeigte die erste dynamische 18F-Pretomanid-PET am Menschen bei sechs gesunden Freiwilligen eine hervorragende ZNS-Penetration von Pretomanid mit deutlich höheren Konzentrationen im Gehirnparenchym als im Liquor. Diese Daten haben wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung neuer Antibiotika-Behandlungen für Tuberkulose-Meningitis.

Tuberkulose (TB) ist nach wie vor eine der häufigsten Todesursachen durch einen einzelnen Infektionserreger1 und TB-Meningitis ist die verheerendste extrapulmonale Form, insbesondere bei jungen und immungeschwächten Menschen2,3,4. Multiresistente (MDR)-TB, die durch Mycobacterium tuberculosis verursacht wird, das gegen Antibiotika der ersten Wahl (z. B. Isoniazid und Rifampin) resistent ist, ist auf dem Vormarsch. Tuberkulose-Meningitis aufgrund von MDR-Stämmen ist mit einer hohen Mortalität verbunden5,6,7 und Arzneimittelresistenz ist ein unabhängiger Prädiktor für den Tod8. In einer kürzlich durchgeführten retrospektiven Kohortenstudie mit 237 Patienten mit Tuberkulose-Meningitis war die Mortalität bei Patienten mit arzneimittelresistenter Erkrankung (67 %) signifikant höher als bei arzneimittelanfälliger Erkrankung (24 %, P < 0,001)9. Darüber hinaus war die Mortalität bei Patienten mit arzneimittelresistenter Tuberkulose-Meningitis 90 Tage nach Beginn der Behandlung signifikant höher (angepasstes Risikoverhältnis von 7,2) (P < 0,001). Zur Bekämpfung dieser Bedrohung der öffentlichen Gesundheit sind daher dringend neue Medikamente und wirksamere Behandlungen gegen MDR-TB erforderlich. Pretomanid (ehemals PA-824) ist ein kleines Molekül aus der Nitroimidazol-Klasse antimikrobieller Wirkstoffe, das 2019 von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) für die Behandlung von pulmonaler MDR-TB in Kombination mit Bedaquilin und Linezolid (BPaL) zugelassen wurde - Bedaquilin, Pretomanid, Linezolid)10. Pretomanid ist sowohl gegen replizierenden als auch gegen nicht replizierenden M. tuberculosis wirksam, was zu seiner hervorragenden bakteriziden Wirkung beiträgt11,12,13,14.

Mit wenigen Ausnahmen basieren die aktuellen Dosierungsempfehlungen für Antibiotika auf Plasmakonzentrationen, ohne Informationen zu Arzneimittelkonzentrationen am Infektionsort. Da unangemessene Antibiotikakonzentrationen in Zielgeweben zur Selektion resistenter Organismen, zu Toxizität oder Organschäden und letztendlich zum Versagen der Behandlung führen können, unterstützen eine wachsende Zahl von Studien und die US-amerikanische FDA zunehmend die Messung von Antibiotikakonzentrationen in infizierten Geweben15. Aus diesem Grund haben wir auf der Positronenemissionstomographie (PET) basierende, klinisch übersetzbare Technologien für nichtinvasive, gleichzeitige und unvoreingenommene Multikompartiment-In-situ-Messungen von Antibiotika-Konzentrations-Zeit-Kurven bei Tieren und Menschen entwickelt16,17,18. In dieser Studie berichten wir über die Entwicklung von 18F-Pretomanid als molekulares Bildgebungsinstrument zur nichtinvasiven Beurteilung der Bioverteilung von Arzneimitteln im gesamten Körper (Abb. 1) unter Verwendung detaillierter Tierstudien in Maus- und Kaninchenmodellen für Tuberkulose-Meningitis17,19,20. Kurz gesagt, infizierte Tiere werden einer dynamischen PET/Computertomographie (CT) mit 18F-Pretomanid unterzogen, um Zeit-Aktivitäts-Kurven (TACs) und Flächen unter der Kurve (AUCs) zu erhalten, indem das PET-Signal in interessierenden Volumina (VOI) quantifiziert wird. In allen Tiermodellen werden auch eine Autoradiographie und Histologie nach dem Tod durchgeführt. Angesichts des unbekannten Potenzials von Pretomanid-haltigen Therapien für Tuberkulose-Meningitis wird die Behandlung mit Bedaquilin (B), Pretomanid (P) und Linezolid (L) in einem Mausmodell für Tuberkulose-Meningitis getestet20. Massenspektrometrie und traditionelle Techniken der Mikrobiologie werden eingesetzt, um die intraparenchymalen Arzneimittelspiegel und die bakterizide Wirksamkeit (bakterielle Belastung, quantifiziert mit koloniebildenden Einheiten [KBE]) im Längsschnitt zu bewerten. Die Radiosynthese von 18F-Pretomanid gemäß den aktuellen Good Manufacturing Practices (cGMP) erleichtert die Übertragung auf den Menschen, und die ersten dynamischen 18F-Pretomanid-PET-Studien am Menschen werden gemäß den Richtlinien der US-amerikanischen FDA durchgeführt.

Maus- und Kaninchenmodelle für Tuberkulose-Meningitis wurden zur Radiotracer-Validierung, zur pharmakokinetischen Charakterisierung und zum Testen von Pretomanid-haltigen Therapien verwendet. Die 18F-Pretomanid-Synthese wurde für die klinische Umsetzung unter cGMP optimiert und es wurde erstmals eine PET-Bildgebung am Menschen durchgeführt. 18F-Pretomanid wurde intravenös verabreicht. Nach der dynamischen PET/CT-Bildgebung wurden mehrere interessierende Volumina (VOI) gezeichnet, um PET-abgeleitete Zeit-Aktivitäts-Kurven (TACs) zu erhalten. TACs wurden zur Berechnung der Fläche unter der Kurve (AUC) und der AUC-Gewebe/Plasma-Verhältnisse verwendet.

18F-Pretomanid wurde durch Halogenaustausch-18F-Fluorierung (Abb. 2) eines Arylbromdifluormethoxyl-Vorläufers erhalten, der über einen fünfstufigen Syntheseweg erhalten wurde (Abb. S1–2). Der radiosynthetische Ansatz nutzte eine silberkatalysierte nukleophile Verdrängung nach einem angepassten Protokoll von Khotavittana et al.21. Wir erzielten eine radiochemische Ausbeute (RCY) von 5 ± 2 % (nicht zerfallskorrigiert [ndc]) vom Ausgangs-18F-Fluorid bis zum formulierten 18F-Pretomanid und stellten fest, dass eine Reduzierung der Vorläufermenge oder ein Wechsel des Lösungsmittels einen nachteiligen Effekt hatte auf dem RCY. Die Analyse des isolierten Produkts mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) ergab eine radiochemische Reinheit von >98 %. Während diese Methode die Radiosynthese von 18F-Pretomanid für Tierstudien ermöglichte, verhinderte die Verwendung von Dichlorethan dessen klinische Umsetzung. Daher haben wir alternative Reaktionslösungsmittel getestet, um die Synthese von 18F-Pretomanid unter cGMP-Bedingungen umzusetzen, was leider die RCY deutlich reduzierte. Die automatisierte cGMP-Synthese von 18F-Pretomanid war jedoch unter Mikrowellenbestrahlung bei 100 Watt für 10 Minuten (Erreichen von 120 °C) in Dimethylformamid in Abwesenheit von Silbersalzen erfolgreich, obwohl zuvor berichtet wurde, dass die katalysatorfreie thermische Aktivierung für das Präparat erfolglos war von 18F-markierten Aryl-OCF3-Verbindungen. Unter diesen Bedingungen wurde 18F-Pretomanid in einer NDC-Ausbeute von 5,7 ± 0,3 % und einer spezifischen Aktivität von 68 ± 2 GBq/µmol erhalten. Die HPLC-Analyse zeigte eine radiochemische Reinheit von ≥95 % und einen einzelnen Peak, der dem 19F-Referenz-Pretomanid im UV-Chromatogramm entsprach (Abb. S3).

18F-Pretomanid wurde durch 18F-Fluorierung eines Arylbromdifluormethoxyl-Vorläufers erhalten. Die manuelle Synthese wurde für präklinische Bildgebungsstudien durchgeführt und im Hinblick auf die Einhaltung von cGMP optimiert, um eine klinische Übersetzung zu ermöglichen.

In vitro blieb ungebundenes 18F-Pretomanid im Serum von Mäusen, Kaninchen und Menschen bei 37 °C drei Stunden lang stabil (>90 %). Eine Defluorierung wurde nicht beobachtet. Es ist bekannt, dass Pretomanid im menschlichen Plasma stark an Proteine ​​gebunden ist (~86 %). Bei Inkubation mit Mäuse-, Kaninchen- und Humanserum bei 37 °C betrug der Proteinbindungsgrad von 18F-Pretomanid 75–77 % bei gesunden Menschen, 78–80 % bei gesunden Kaninchen und 80–83 % bei M. tuberculosis-infizierten Kaninchen, 75–80 % bei gesunden Mäusen und 74–78 % bei mit M. tuberculosis infizierten Mäuseseren (Tabelle S1). Insgesamt hatte 18F-Pretomanid eine ähnliche Proteinbindung (74–83 %) wie unmarkiertes Pretomanid, und es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den Arten im Zeitverlauf festgestellt. Der experimentelle LogD7.4-Wert von 18F-Pretomanid, der seinen Verteilungskoeffizienten bei physiologischem pH-Wert darstellt, betrug 1,9 ± 0,1, was im Vergleich zu unmarkiertem Pretomanid nur einer Verringerung um 0,4 Log entspricht23. Daher wird erwartet, dass 18F-markierte und unmarkierte Pretomanide eine ähnliche Gewebeaufteilung aufweisen. Die Bioverteilung von 18F-Pretomanid im gesamten Körper wurde bei Mäusen mit experimentell induzierter Lungentuberkulose mithilfe von PET/CT und Gammazählung gemessen (Abb. S4). Nach intravenöser Injektion verteilte sich 18F-Pretomanid schnell in alle wichtigen Organe, was auch durch die Quantifizierung der Bioverteilung nach dem Tod mittels Gammazählung bestätigt wurde (Abb. S4a, b). Die Aktivität im Knochen war gering und nahm mit der Zeit nicht wesentlich zu, was darauf hindeutet, dass in vivo keine Defluorierung stattgefunden hat (Abb. S4c). Ähnlich wie das Ausgangsarzneimittel wurde 18F-Pretomanid sowohl renal als auch hepatobiliär ausgeschieden (Abb. S4d). Im Muskel wurde eine geringe Aufnahme beobachtet, im braunen Fettgewebe (BAT) eine hohe Aufnahme, die innerhalb von Stunden abheilte (Abb. S4e). Die räumliche Verteilung mit Ex-vivo-Autoradiographie im Mausmodell der Lungentuberkulose zeigte eine verringerte Aufnahme von 18F-Pretomanid in Lungenläsionen im Vergleich zur nicht betroffenen Lunge (Abb. S4f). Die Bioverteilung von 18F-Pretomanid im Oberkörper wurde auch bei Kaninchen gemessen und zeigte ähnliche Ergebnisse wie bei Mäusen (Abb. S5).

Unsere ersten Studien zur Charakterisierung der Bioverteilung von 18F-Pretomanid im gesamten Körper in Mausmodellen für Lungentuberkulose ergaben, dass die Penetration in das Gehirnparenchym hoch war, mit einem mittleren AUC-Verhältnis (Gehirn/Plasma) von sogar 1,73 (IQR, 1,41–2,04). in gesunden Gehirnen. Dies führte zu einer detaillierten Untersuchung der Penetration von 18F-Pretomanid in infizierte Gehirne in zwei Säugetiermodellen für Tuberkulose-Meningitis, die ebenfalls eine ausgezeichnete Gehirnpenetration von 18F-Pretomanid zeigten [AUC-Verhältnisse (Gehirn/Plasma) >1]. Allerdings zeigten In-vivo-3D-PET/CT und 2D-Ex-vivo-Autoradiographie im Mausmodell der Tuberkulose-Meningitis eine verringerte Aufnahme von 18F-Pretomanid mit Füllungsdefekten im Zentrum der Hirnläsion (sichtbar bei lebenden Tieren mit 18F-FDG-PET/CT). Ex-vivo-Histopathologie) (Abb. 3a, b). Das AUC-Verhältnis (Gehirn/Plasma) betrug 1,35 (Median; IQR 0,81–1,52) bei Hirnläsionen und 1,56 (Median; IQR 1,22–1,69) in nicht betroffenen Hirnregionen (Abb. 3c, d). Ähnliche Ergebnisse wurden in einem Kaninchenmodell für TB-Meningitis festgestellt (Abb. 3e–h), mit einem mittleren AUC-Verhältnis (Gehirn/Plasma) von 1,87 (IQR, 1,66–4,63) bei Hirnläsionen und 2,75 (IQR, 1,64–5,73) bei Hirnläsionen das nicht betroffene Gehirn.

a–d Mäuse, n = 8. a Koronales 18F-Pretomanid- und 18F-FDG-PET/CT, das die Hirnläsion und das nicht betroffene Gehirn zeigt. b Histopathologie und 18F-Pretomanid-Autoradiographie des Gehirns derselben Maus, die Hirnläsionen (weiße gepunktete Linie) und nicht betroffenes Gehirn (schwarze gepunktete Linie) zeigt. c Zeit-Aktivitätskurven (TACs) von 0 bis 60 Minuten für Plasma, Hirnläsionen und nicht betroffenes Gehirn. d Verhältnisse der Fläche unter der Kurve (AUC) (Gewebe/Plasma) im nicht betroffenen Gehirn [n = 15 Interessenvolumen (VOIs)] und bei Hirnläsionen (n = 15 VOIs) (P = 0,055). Jeder Punkt stellt einen VOI dar. e–h Kaninchen, n = 4. e Koronales 18F-Pretomanid und 18F-FDG PET/CT im selben Kaninchen. f Histopathologie und 18F-Pretomanid-Autoradiographie desselben Kaninchenhirns, die Hirnläsionen (weiße gepunktete Linie) und nicht betroffenes Gehirn (schwarze gepunktete Linie) zeigen. g TAC von 0 bis 60 Minuten für Plasma, nicht betroffenes Gehirn und Gehirnläsionen. h AUC-Verhältnis (Gewebe/Plasma) im Vergleich von nicht betroffenem Gehirn (n = 7 VOIs) und Hirnläsionen (n = 7 VOIs). Jeder Punkt stellt einen VOI dar. PET-Studien basieren auf intravenös verabreichten Mikrodosen (ng-µg). Die Daten werden als Median ± IQR dargestellt. Statistische Vergleiche wurden mithilfe eines zweiseitigen Mann-Whitney-Wilcoxon-Tests durchgeführt. Quelldaten werden als Quelldatendatei bereitgestellt.

Wir haben die Wirksamkeit des Pretomanid-haltigen BPaL-Regimes, derzeit das einzige von der US-amerikanischen FDA zugelassene Regime für MDR-TB, im Mausmodell für Tuberkulose-Meningitis gemessen und es mit der Standard-TB-Erstlinienbehandlung (Rifampin in Standarddosis, Isoniazid) verglichen und Pyrazinamid – HR10Z) (Abb. 4a). Adjuvantes Dexamethason wurde mit beiden Behandlungsschemata gemäß den aktuellen Leitlinien zur Behandlung von Tuberkulose-Meningitis verabreicht2,24. Während beide Therapien die Bakterienbelastung im Vergleich zu unbehandelten Mäusen verringerten, war die bakterizide Aktivität der BPaL-Therapie deutlich schlechter als die der Standard-TB-Therapie (P < 0,001) (Abb. 4b – d und Tabelle S2).

a Nach zweiwöchiger Infektionsinkubation (Woche 0) wurden die Mäuse zufällig in Behandlungsgruppen eingeteilt; Standard-TB-Regime (Rifampin [R], Isoniazid [H] und Pyrazinamid [Z]) und ein neues Regime (BPaL; Bedaquilin [B], Pretomanid [P] und Linezolid [L]). Rifampin (10 mg/kg/Tag), Isoniazid (10 mg/kg/Tag), Pyrazinamid (150 mg/kg/Tag), Pretomanid (50 mg/kg/Tag aufgeteilt zweimal täglich), Bedaquilin (25 mg/kg/Tag). Tag) und Linezolid (100 mg/kg/Tag, aufgeteilt auf zweimal täglich) wurden über eine orale Sonde verabreicht. Die Mäusedosierung wurde verwendet, um der standardmäßigen äquipotenten Dosierung beim Menschen zu entsprechen: Rifampin (10 mg/kg/Tag), Isoniazid (10 mg/kg/Tag), Pyrazinamid (25 mg/kg/Tag), Pretomanid (200 mg/Tag), Bedaquilin (standardmäßige orale Dosierung) und Linezolid (1200 mg/Tag). Alle Therapien erhielten zusätzlich Dexamethason über eine intraperitoneale Injektion. Vier Mäuse blieben zwei Wochen lang unbehandelt. b Bakterienbelastung über die Behandlungsdauer und (c) nach zwei (P = 0,001) und (d) sechs Wochen (P < 0,001) Behandlung (Tierzahlen nach zwei Wochen, n = 4/unbehandelt, 5/Standard-TB-Regime, und 10/BPaL; nach sechs Wochen n = 10/jede Gruppe). e 18F-Pretomanid-AUC-Verhältnisse (Gehirn/Plasma) bei Mäusen mit TB-Meningitis (P = 0,294). PET-Studien basieren auf intravenös verabreichten Mikrodosen (ng-µg). Durch Massenspektrometrie ermittelte Gehirn/Plasma- (violetter Punkt) oder CSF/Plasma-Konzentrationsverhältnisse (schwarzer Punkt) für (f) Bedaquilin [und M2-Metabolit (offener Punkt)] (P = 0,002), (g) Linezolid (P = 0,002) und (h) Pretomanid (P = 0,002) (n = 6/Gruppe) bei Mäusen mit TB-Meningitis, nach einer Einzeldosis und gemessen bei Tmax. Die CFU-Daten werden als Mittelwert ± SD auf einer logarithmischen Skala dargestellt. PET- und Massenspektrometriedaten werden als Median ± IQR dargestellt. Statistische Vergleiche wurden mithilfe eines zweiseitigen Mann-Whitney-Wilcoxon-Tests oder einer zweiseitigen ANOVA gefolgt von einem Bonferroni-Test durchgeführt. Quelldaten werden als Quelldatendatei bereitgestellt.

In früheren Studien18,25 haben wir berichtet, dass die AUC-Verhältnisse (Gehirn/Plasma) von 76Br-Bedaquilin und 18F-Linezolid (beide chemisch identisch mit den Ausgangsarzneimitteln) in nicht infiziertem Gehirngewebe 0,15 bzw. 0,34 betrugen (Abb. S6). Unsere aktuelle Studie zeigte jedoch, dass die AUC-Verhältnisse (Gehirn/Plasma) von 18F-Pretomanid zu Beginn der Behandlung hoch waren (>1,5) (und nach zweiwöchiger Behandlung hoch blieben (>1) (Abb. 4e). Hirnparenchym und Die Konzentrationen von Arzneimitteln und Metaboliten im Liquor wurden auch mittels Massenspektrometrie gemessen, was eine nicht übereinstimmende Penetration in das Hirnparenchym und die Liquorkompartimente zeigte (P = 0,002, Abb. 4f–h und Tabelle S3), während die Linezolid-Spiegel im Liquor im Vergleich zum Gehirn höher waren Parenchym waren sowohl die Pretomanid- als auch die Bedaquilin-Spiegel im Gehirnparenchym höher als im Liquor. Bedaquilin erfährt in vivo schnell eine N-Demethylierung unter Bildung eines Metaboliten (M2), der auch gegen M. tuberculosis aktiv ist. Wir fanden heraus, dass die M2-Spiegel (wenn auch immer noch niedrig) waren im Gehirnparenchym höher als beim Ausgangsarzneimittel (Tabelle S3).

Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Folgen einer TB-Meningitis auch mit Veränderungen der intrazerebralen Entzündung verbunden sind2,5. Daher haben wir auch die Konzentrationen ausgewählter entzündlicher Zytokine in Gehirnlysaten untersucht, die keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Therapien zeigten (Abb. S7).

Sechs gesunde Freiwillige (drei Männer und drei Frauen) im Alter von 20 bis 53 Jahren wurden für eine laufende erste 18F-Pretomanid-PET-Studie am Menschen am Johns Hopkins Hospital rekrutiert (Tabelle S4). Obwohl diese Studie nicht dazu gedacht war, die Sicherheit zu bewerten, waren die Verfahren sicher, es wurden keine nachteiligen oder klinisch nachweisbaren pharmakologischen Wirkungen festgestellt und bei keinem Probanden wurden anatomische Anomalien festgestellt. Ähnlich wie in den Tierversuchen verteilte sich 18F-Pretomanid nach intravenöser Verabreichung rasch in alle wichtigen Organe und wurde sowohl renal als auch hepatobiliär ausgeschieden. Wichtig ist, dass 18F-Pretomanid eine hervorragende Penetration in das Gehirnparenchym und den Liquor mit einem AUC-Verhältnis (Gewebe/Plasma) von >1 zeigte (Abb. 5 und Abb. S8). Darüber hinaus und ähnlich den Ergebnissen in den Tiermodellen wurden die 18F-Pretomanid-Expositionen kompartimentiert, wobei eine deutlich geringere Penetration im Liquor (Ventrikel) im Vergleich zum Gehirnparenchym festgestellt wurde (Abb. 5; P = 0,018).

a Koronale CT- und 18F-Pretomanid-PET-Bilder mit maximaler Intensitätsprojektion (MIP). b Repräsentative Zeit-Aktivitäts-Kurven (TACs) von Subjekt 1 im Hirnparenchym und Liquor (Ventrikel) unter Verwendung automatisierter Segmentierung. Insgesamt wurden 45 Volume of Interests (VOIs) aus sechs Probanden analysiert. Die verbleibenden TACs sind in Abb. S8 dargestellt. c Transversale 18F-Pretomaniden-PET-AUC-Wärmekarten, die die räumlich unterteilte Verteilung zeigen. d AUC4-55min (Gewebe/Plasma)-Verhältnisse aus dem Kortex und CSF (Ventrikel) (P = 0,018). PET-Studien basieren auf Mikrodosen (ng-µg), die sechs menschlichen Probanden intravenös verabreicht wurden. SUV, Standardaufnahmewerte. Die Daten werden als Median ± IQR dargestellt. Statistische Vergleiche wurden mithilfe einer 2-Wege-ANOVA gefolgt von Bonferronis Mehrfachvergleichstest durchgeführt. Quelldaten werden als Quelldatendatei bereitgestellt.

Während eine optimale Medikamentendosierung die derzeitigen Behandlungspläne verkürzen kann, ist eine suboptimale Dosierung ein wesentlicher Faktor für die Förderung von Antibiotikaresistenzen, die von der Weltgesundheitsorganisation zu einer der zehn größten Bedrohungen für die menschliche Gesundheit erklärt wurden26. Bemerkenswert ist, dass es bei Tuberkulose-Meningitis aufgrund von MDR-Stämmen an hochwirksamen Behandlungen mangelt und sie mit einer Mortalität von 40 % bis 100 % bei den derzeitigen Therapien verbunden ist5,6,7,9. Daher besteht ein dringender Bedarf an einer Optimierung der Antibiotikabehandlung bei Tuberkulose-Meningitis, insbesondere bei solchen, die durch MDR-Stämme verursacht werden.

Pretomanid wurde bei Lungentuberkulose untersucht und zeigt eine zeitabhängige bakterizide Wirkung in der Lunge22. Es liegen jedoch nur begrenzte Daten über das Eindringen in privilegierte Standorte wie das CNS2 vor. Darüber hinaus können Tuberkulosebehandlungen aufgrund der gleichzeitigen Koexistenz heterogener Läsionen mit einer komplexen Mikroumgebung im selben Wirt eine besondere Herausforderung darstellen16,17,20,27. Beispielsweise begrenzt die Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​den Zugang mehrerer antimikrobieller Wirkstoffe in das ZNS2,20. Obwohl Massenspektrometriestudien eine gute ZNS-Penetration von Pretomanid bei nicht infizierten, gesunden Ratten gezeigt haben28, liefern diese Daten nur Messungen zu einem einzigen Zeitpunkt und keine detaillierten räumlich-zeitlichen Konzentrations-Zeit-Messungen in infizierten Geweben. Zusätzlich zu den einzigartigen Mikroumgebungen an der Infektionsstelle beeinflussen die physikalisch-chemischen Eigenschaften bestimmter Arzneimittel pharmakokinetische (PK) Parameter wie Arzneimittelpenetration und -clearance29. Unsere Studien zeigen, dass Pretomanid sowohl bei Mäusen als auch bei Kaninchen hervorragend in das Gehirn eindringt, einschließlich infizierter Hirngewebe [(Gehirn/Plasma) ≥1]. Während frühere Studien gezeigt haben, dass die Penetration von Rifampin in das Gehirn bereits zwei Wochen nach Beginn der Tuberkulosebehandlungen dramatisch abnimmt17,20, zeigen wir, dass die ZNS-Penetration von Pretomanid auch nach Beginn der Behandlung hoch bleibt [AUC (Gewebe/Plasma)-Verhältnis >1]. Behandlung mit Dexamethason-haltigen Therapien, die die Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke verringern.

Angesichts der hohen Hirnpenetration von 18F-Pretomanid haben wir die Wirksamkeit des BPaL-Regimes, derzeit das einzige von der US-amerikanischen FDA zugelassene Regime für MDR-TB, im Mausmodell für Tuberkulose-Meningitis gemessen und es mit der Erstlinien-Standard-TB verglichen Behandlung (HR10Z). Adjuvantes Dexamethason wurde mit beiden Behandlungsschemata gemäß den aktuellen Richtlinien zur Behandlung von Tuberkulose-Meningitis verabreicht. Während die BPaL-Therapie die bakterielle Belastung im Gehirn verringerte (im Vergleich zu unbehandelten Mäusen), war die bakterizide Aktivität der BPaL-Therapie überraschenderweise und im Gegensatz zu dem, was für pulmonales TB30 festgestellt wurde, selbst sechs Wochen nach der Behandlung deutlich schlechter als die der Standard-TB-Therapie Einleitung.

Um die geringere als erwartete Wirksamkeit des BPaL-Regimes zu verstehen, haben wir die Penetration jedes Antibiotikums in das ZNS als Post-Mortem-Spiegel zu einem einzigen Zeitpunkt mithilfe von Massenspektrometrie gemessen und die Pretomanid-AUC bei lebenden Tieren mithilfe von PET gemessen. Wie bereits erwähnt, dringt Pretomanid hervorragend in das ZNS ein. Allerdings haben wir in früheren Studien mit 18F-Linezolid und 76Br-Bedaquilin (beide chemisch identisch mit den Ausgangsarzneimitteln)18,25 gezeigt, dass die Linezolid-Spiegel niedriger waren als aufgrund anderer veröffentlichter Literatur erwartet31 und die Bedaquilin-Spiegel wesentlich niedriger waren, allerdings in Dies steht im Einklang mit den niedrigen ZNS-Werten, die in veröffentlichten Studien festgestellt wurden32,33. Wichtig ist, dass wir auch abweichende Antibiotikakonzentrationen im Gehirnparenchym und in den CSF-Kompartimenten nachweisen, die wahrscheinlich durch Arzneimitteleigenschaften beeinflusst werden. Beispielsweise wies Linezolid, ein Oxazolidinon mit geringer Proteinbindung, das sich in retrospektiven Studien zur Behandlung von Tuberkulose-Meningitis als vorteilhaft erwies34, eine wesentlich höhere Liquorkonzentration auf, im Gehirngewebe wurden jedoch niedrigere Werte erreicht. Im Gegensatz dazu zeigten sowohl Bedaquilin (und M2-Metabolit) als auch Pretomanid, die lipophil sind und eine höhere Proteinbindung aufweisen, im Gehirngewebe eine höhere Konzentration als im Liquor. Dies steht im Einklang mit der unterschiedlichen Verteilung von Arzneimitteln in das protein- und lipidreiche Hirnparenchym im Vergleich zu CSF, das hydrophil und proteinarm ist. Wir haben eine ähnliche Diskrepanz zwischen dem Liquor und den Hirngewebekompartimenten für die Konzentrationen von Rifampin und Delamanid (ebenfalls ein Nitroimidazol mit ähnlichen physiologisch-chemischen Eigenschaften wie Pretomanid)17,20,35 sowie für Entzündungsmarker20 festgestellt. Die aktuellen Studien erweitern dieses Konzept und zeigen, dass Arzneimitteleigenschaften auch die diskordante Penetration in das ZNS beeinflussen.

Ein großer Vorteil dieser Technologie ist die Möglichkeit, speziesübergreifende und translationale klinische Studien mit 18F-Pretomanid-PET durchzuführen. Aus diesem Grund haben wir ein cGMP-konformes Radiosyntheseschema für 18F-Pretomanid entwickelt, um die klinische Umsetzung zu erleichtern und erstmals bildgebende Studien am Menschen durchzuführen. Die erstmals beim Menschen durchgeführte dynamische 18F-Pretomanid-PET bei gesunden Kontrollpersonen bestätigte die hervorragende, aber heterogene Gehirnpenetration, die in unseren Säugetiermodellen für Tuberkulose-Meningitis sichtbar gemacht wurde, und bestätigte die 18F-Pretomanid-PET als leistungsstarkes translationales Instrument bei der Arzneimittelentwicklung und Behandlungsoptimierung. Darüber hinaus war das 18F-Pretomanid-PET-Signal im Liquor (Gehirnventrikel) deutlich niedriger als in anderen Regionen des Gehirnparenchyms. Diese Ergebnisse bestätigen die kompartimentierte und diskordante Penetration von Antibiotika in das ZNS und unterstreichen die Bedeutung der Verwendung von Tiermodellen und Bildgebungstechnologien beim Menschen, mit denen die Antibiotikaexposition sowohl im Hirnparenchym als auch im Liquor gemessen werden kann.

Unsere Studien weisen einige Einschränkungen auf, die wir überwinden wollten. Da bereits geringfügige Änderungen in der chemischen Struktur antimikrobieller Wirkstoffe zu drastischen Veränderungen der physikalisch-chemischen Eigenschaften und der biologischen Aktivität niedermolekularer Arzneimittel führen können, haben wir einen Radiosyntheseansatz mithilfe der Radiofluorierungschemie entwickelt, der die chemische Identität von Pretomanid beibehält. Darüber hinaus wurden in den PET-Studien Mikrodosen (ng-µg) 18F-Pretomanid pro Proband verabreicht, und aktuelle Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Mikrodosierung ein zuverlässiger Prädiktor für die Bioverteilung des Arzneimittels bei therapeutischen Dosen ist36,37. Eine weitere Einschränkung der Studie besteht darin, dass die Medikamentenspiegel mittels Massenspektrometrie bei Tmax (Zeit bis zum Erreichen der maximalen Konzentration) gemessen wurden und einen einzelnen Zeitpunkt darstellen und nicht Zeit-Konzentrations-Kurven (AUC), wie durch PET gemessen. Dieser Unterschied in der Messung könnte erklären, warum die Gehirn/Plasma-Verhältnisse laut Massenspektrometrie im Vergleich zu PET-abgeleiteten AUC-Verhältnissen höher waren. Da 18F-Pretomanid außerdem intravenös verabreicht wird, entspricht die Injektionszeit der Plasma-Tmax und die Gehirnaufnahme erreicht Cmax (maximale Konzentration) innerhalb der ersten 15 Minuten. Daher stellen die ersten 60 Minuten die maximale Konzentration von 18F-Pretomanid dar, die das Gehirn erreicht. Während in Kaninchenstudien sowohl Männchen als auch Weibchen eingesetzt wurden, wurden nur weibliche Mäuse verwendet, und zukünftige Studien sowohl mit Männchen als auch mit Weibchen wären erforderlich, um zu untersuchen, wie sich das Geschlecht auf die PK von Pretomaniden auswirken kann. Obwohl die verringerte Penetration von Linezolid und Bedaquilin in das Hirnparenchym eine wahrscheinliche Ursache für die verringerte Wirksamkeit des BPaL-Regimes im Vergleich zur Standard-TB-Therapie (HR10Z) ist, können auch andere Faktoren berücksichtigt werden, und es sind weitere Untersuchungen erforderlich. Beispielsweise ist es möglich, dass Bakterien in diesem Modell aufgrund der Wirkung von Isoniazid gegen sich schnell vermehrende Bakterien anfälliger für HR10Z sind. Darüber hinaus wäre eine Dosissteigerungsstudie nützlich, um zu beurteilen, ob erhöhte Dosen von Linezolid und/oder Bedaquilin die Ergebnisse verbessern könnten, wie wir es zuvor bei hochdosiertem Rifampin beobachtet haben. In diesem Fall könnten jedoch Sicherheitsbedenken hinsichtlich höherer Dosen von Linezolid und Bedaquilin einschränkend sein und stattdessen könnten Analoga getestet werden.

Hier zeigen wir den Mehrwert bildgebender Technologien zur Charakterisierung neuartiger Medikamente und Behandlungsoptimierung. Der Einsatz radioaktiv markierter antimikrobieller Mittel in Kombination mit konventionellen Techniken der Mikrobiologie und neuartigen Tiermodellen bietet ein beispielloses Potenzial für die nichtinvasive Beurteilung von PK-Profilen in infizierten Geweben, die durch komplexe, heterogene Läsionen gekennzeichnet sind, die gleichzeitig im selben Wirt vorhanden sind27. Wichtig ist, dass unsere Studien zeigen, dass Pretomanid eine ausgezeichnete Penetration in das ZNS hat, was in ersten 18F-Pretomanid-Studien am Menschen bestätigt wurde, was darauf hindeutet, dass neuartige Therapien auf Pretomanid-Basis in Kombination mit anderen Antibiotika, die gegen MDR-Stämme wirksam sind und eine ausgezeichnete Gehirnpenetration aufweisen, in Betracht gezogen werden sollten zur Behandlung der MDR-TB-Meningitis. Schließlich bestätigen unsere Studien die kompartimentierte und nicht übereinstimmende Penetration von Antibiotika in das ZNS, die mit den physiochemischen Eigenschaften des Antibiotikums zusammenhängt. Insgesamt ist dies eine wichtige Erkenntnis, da Liquorstudien häufig in vielen klinischen Studien eingesetzt werden, Liquor jedoch möglicherweise kein ausreichender Ersatz für Krankheiten oder Arzneimittelspiegel im Gehirngewebe ist.

Das übergeordnete Ziel dieser Studie bestand darin, radioaktiv markiertes Pretomanid für dynamische Konzentrations-Zeit-Profile unter Verwendung von PET zu entwickeln, um die PK des Gehirns von Pretomanid (in Tier- und Humanstudien) zu charakterisieren und die Wirksamkeit einer Pretomanid-haltigen Behandlung bei TB-Meningitis zu bewerten. Wir führten speziesübergreifende Analysen zur präklinischen Validierung von 18F-Pretomanid als molekulares Bildgebungsinstrument zur nichtinvasiven Beurteilung der Arzneimittelpenetration im gesamten Körper durch und optimierten anschließend die Radiosynthese von 18F-Pretomanid unter cGMP, um die Durchführung von First-in-Human-Studien zu erleichtern. Dynamische 18F-Pretomanid-PET/CT wurde verwendet, um TACs und AUCs durch Quantifizierung des PET-Signals in VOIs in Tiermodellen und Studien am Menschen zu erhalten. In Tiermodellen wurden auch postmortale Autoradiographie/Histologie und Massenspektrometrie durchgeführt, um die heterogene Gehirnpenetration von Pretomaniden sowohl räumlich als auch zeitlich zu charakterisieren. Angesichts des unbekannten Potenzials von Pretomanid-haltigen Therapien für Tuberkulose-Meningitis wurde BPaL, die einzige von der FDA zugelassene Pretomanid-haltige Therapie, im Mausmodell für Tuberkulose-Meningitis getestet, um die intraparenchymalen Arzneimittelspiegel und die bakterizide Aktivität im Längsschnitt zu bewerten. Alle Protokolle wurden von den Ausschüssen für Biosicherheit, Strahlenschutz, Tierpflege und -nutzung (RB19M417, MO19M382) und dem Institutional Review Board (IRB00303845) der Johns Hopkins University genehmigt. 18F-Pretomanid wurde gemäß den Richtlinien des FDA Radioactive Drug Research Committee für Prüfpräparate verwendet.

Die Radiosynthese von 18F-Pretomanid wurde zunächst als manuelle Synthese unter Verwendung einer silberkatalysierten nukleophilen Verdrängung für präklinische Tierstudien entwickelt. Zur klinischen Umsetzung wurde die Radiosynthese an eine automatisierte cGMP-Synthese von 18F-Pretomanid unter Mikrowellenbestrahlung in Dimethylformamid in Abwesenheit von Silbersalzen angepasst. Einzelheiten zur Synthese von 18F-Pretomanid, einschließlich der radioaktiven Markierungsvorstufe und Zwischenprodukte sowie der In-vitro-Charakterisierung von 18F-Pretomanid, sind in ergänzenden Materialien verfügbar.

Vier bis sechs Wochen alte weibliche C3HeB/FeJ-Mäuse (Jackson Laboratory) wurden mit gefrorenen Beständen von M. tuberculosis (H37Rv) unter Verwendung des Middlebrook Inhalation Exposure System (Glas-Col)38 aerosolinfiziert.

Weibliche C3HeB/FeJ-Mäuse (7–8 Wochen alt, Jackson Laboratories) wurden intraventrikulär (titrierte gefrorene Bestände mit ~6,5 log10 KBE von M. tuberculosis H37Rv) über ein Bohrloch mit einer Hamilton-Spritze (Hamilton, 88.000) und einem stereotaktischen Instrument infiziert ( David KOPF-Instrument, Modell 900, koordiniert 0,6 mm dorsal zur Bregma, 1,2 mm lateral zur Mittellinie und 2 mm ventral)20. Man ließ die Infektion 14 Tage lang inkubieren.

Männliche und weibliche weiße Neuseeland-Kaninchen (5–7 Tage alt, Robinson Services Inc.) wurden intraventrikulär (titrierter gefrorener Bestand mit ~6,5 log10 M. tuberculosis H37Rv) über das Bregma unter Verwendung einer 30-Gauge-Insulinspritze infiziert. Vor der Infektion wurden Kaninchen mit Dexmedetomidinhydrochlorid (0,2 µg/g; Zoetis, Florham Park, NJ) sediert und eine topische Anästhesie (Lidocain 4 %; Ferndale IP Inc., Ferndale, MI) wurde auf das Bregma angewendet17,19,20. Man ließ die Infektion mindestens 14 Tage lang inkubieren, bevor die Bildgebung durchgeführt wurde.

Alle Tierversuche in dieser Studie wurden vom Animal Care and Use Committee der Johns Hopkins University genehmigt.

Anästhesierten Mäusen (n = 4 pro Zeitpunkt) wurde 18F-Pretomanid (2,6 ± 1,9 MBq) über die Schwanzvene injiziert und 1, 2 und 4 Stunden nach der Injektion getötet. Die interessierenden Organe und Gewebe wurden entnommen, gewogen und die Radioaktivität im Gammabereich gezählt. Die Daten werden als Prozentsatz der injizierten Dosis pro Gewebegewicht (%ID/g) dargestellt.

Nach der intravenösen Injektion von 18F-Pretomanid wurden die Tiere getötet, mit Kochsalzlösung perfundiert und die Gehirne entnommen. Die Gewebe wurden im OCT eingebettet und 20-µm-Schnitte auf Objektträger gelegt. Die radioaktiven Objektträger wurden in eine Belichtungskassette (GE, Code-Nr. 29175523) gelegt und zwei bis fünf Halbwertszeiten lang belichtet, bevor sie durch Phosphor Storage Imaging (GE Typhoon) entwickelt wurden. Nach dem radioaktiven Zerfall wurden die für die Autoradiographie verwendeten Gewebe in Formalin fixiert und einer Hämatoxylin- und Eosin-Färbung unterzogen.

Arzneimittelvorräte wurden wie zuvor beschrieben vorbereitet und an fünf Tagen in der Woche verabreicht30,39. Rifampin (10 mg/kg/Tag), Isoniazid (10 mg/kg/Tag), Pyrazinamid (150 mg/kg/Tag), Pretomanid (50 mg/kg/Tag aufgeteilt zweimal täglich), Bedaquilin (25 mg/kg/Tag). Tag) und Linezolid (100 mg/kg/Tag aufgeteilt auf zweimal täglich) wurden für die orale Verabreichung über eine Magensonde vorbereitet und Dexamethason wurde für die intraperitoneale Injektion vorbereitet und bei 4 °C gelagert. Die Mäusedosierung wurde verwendet, um der standardmäßigen äquipotenten Dosierung beim Menschen zu entsprechen: Rifampin (10 mg/kg/Tag), Isoniazid (10 mg/kg/Tag), Pyrazinamid (25 mg/kg/Tag), Pretomanid (200 mg/Tag)40 , Bedaquilin (standardmäßige orale Dosierung)41 und Linezolid (1200 mg/Tag)42. Die Wirksamkeit der Behandlung wurde anhand der Gesamthirnbakterienbelastung (CFU) 2 und 6 Wochen nach Beginn der Behandlung unter Verwendung von 7H11-Platten, ergänzt mit Aktivkohle, bestimmt.

Mit M. tuberculosis infizierte Mäuse und Kaninchen wurden in transparenten und versiegelten Biocontainment-Behältern abgebildet, die der Biosicherheitsstufe (BSL)-3 entsprechen und in der Lage sind, eine O2-Anästhesiemischung abzugeben, um lebende Tiere während der Bildgebung zu versorgen, wie zuvor beschrieben43. Die PET-Erfassung und die anschließende CT wurden mit dem nanoScan PET/CT (Mediso, Arlington, VA) durchgeführt und die Bilder automatisch mitregistriert. 18F-Pretomanid PET/CT: Mäusen wurde 18F-Pretomanid (Lungen-TB, 3,77 ± 1,78 MBq; TB-Meningitis, 3,88 ± 1,44 MBq) über die Schwanzvene injiziert. Anästhesierten Kaninchen wurde 18F-Pretomanid (4,65 ± 0,75 MBq) durch die Ohrvene injiziert. Der Injektionszeitpunkt fiel mit dem Beginn der dynamischen PET-Aufnahme zusammen. 18F-FDG PET/CT: Die Tiere wurden wie zuvor beschrieben abgebildet20.

Für jedes antimikrobielle Mittel wurden Endproben (Blut, Gehirn und Liquor) bei der entsprechenden Plasma-Tmax entnommen44,45,46. Zur Plasmatrennung wurde Blut in EDTA-Röhrchen (BD Microtainer, Fisher Scientific) gesammelt. Bedaquilin, Bedaquilin-M2-Metabolit, Pretomanid und Linezolid im Plasma, Liquor und Gehirngewebe von mit M. tuberculosis infizierten Mäusen wurden mithilfe validierter Ultrahochleistungsflüssigkeitschromatographie (UPLC) und Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) am Institut quantifiziert Labor für Pharmakokinetik von Infektionskrankheiten der University of Florida. Die Bereiche der Kalibrierungsstandardkurven waren Bedaquilin (und M2-Metabolit) 2,00 bis 0,01 µg/ml, Pretomanid 30,00 bis 0,01 µg/ml und Linezolid 30,00 bis 0,03 µg/ml.

Proben für die Zytokinanalyse wurden nach zentrifugierter Gehirnhomogenisierung aus Überständen entnommen und bis zur Analyse bei –80 ° C gelagert. IL-1α, vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor A (VEGFA) und Matrix-Metalloproteinase-8 (MMP-8) wurden mit Luminex Multiplex-Assays vom Oncology Human Immunology Core der Johns Hopkins University analysiert.

18F-Pretomanid wurde als sterile Lösung mit hoher spezifischer Aktivität (40,27 ± 12,82 GBq/µmol) und hoher radiochemischer Reinheit (>95 %) unter Verwendung von cGMP vom Johns Hopkins PET Radiotracer Center synthetisiert. Von allen gesunden Freiwilligen wurde eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt und anonymisierte Bilder analysiert. Alle Probanden wurden vor der Bildgebung einer körperlichen Untersuchung durch einen geschulten Arzt und Screening-Labortests unterzogen, um ihre Eignung zu bestätigen. Jeder Proband erhielt einen intravenösen Bolus von 359,52 ± 2,79 MBq 18F-Pretomanid, gefolgt von einer dynamischen PET unter Verwendung eines Mehrbettprotokolls unmittelbar nach der Tracer-Injektion (0–60 Min.) und 180 Min. nach der Tracer-Injektion (180–210 Min.) unter Verwendung von Siemens Biograph mCT 128-Zeilen-Scanner. Alle Probanden wurden unmittelbar nach Abschluss der Bildgebungsstudien und durch ein anschließendes Telefoninterview 20–25 Tage nach den Bildgebungsstudien auf unerwünschte Ereignisse untersucht. Ein ausgebildeter Radiologe wertete außerdem die CT-Bilder aller Probanden aus, um etwaige anatomische Anomalien festzustellen.

PET/CT-Bilder wurden mit VivoQuant 2020 (Invicro) oder PMOD (3.402) für Tier- bzw. Humanstudien analysiert. Beim Menschen wurde das Gehirnsegmentierungstool (Hammers N30R83) zum Zeichnen von VOIs und OsiriX MD 11.0 DICOM Viewer (Pixmeo SARL) zum Erstellen von 3D-MIP-Bildern verwendet. Daten für Blut wurden durch Platzierung eines VOI im linken Herzventrikel und anschließende Korrektur auf Plasma unter Verwendung individueller Hämatokritwerte oder Standardhämatokrit47 und des Verteilungskoeffizienten roter Blutkörperchen von Pretomanid48 (Tabelle S5) erhalten. Die PET-Daten wurden anhand der aus der CT ermittelten Dichte jedes Organs (Hounsfield-Einheiten) an die Masse angepasst. Die Daten werden als %ID/g bzw. als Standardaufnahmewerte (SUV) in Tier- bzw. Humanstudien ausgedrückt. Heatmap-Overlays wurden mit RStudio erstellt.

Die Daten wurden mit Prism 8 Version 8.1.0 (GraphPad) analysiert. AUCs wurden unter Verwendung der linearen Trapezregel berechnet. Die Vergleiche wurden mithilfe eines zweiseitigen Mann-Whitney-Wilcoxon-Tests oder einer ANOVA durchgeführt, gefolgt von Bonferronis Mehrfachvergleichstest. P-Werte ≤ 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen.

Weitere Informationen zum Forschungsdesign finden Sie in der mit diesem Artikel verlinkten Nature Portfolio Reporting Summary.

Alle Daten sind im Haupttext oder den ergänzenden Materialien verfügbar. Quelldaten werden mit diesem Dokument bereitgestellt.

WER. Globaler Tuberkulosebericht. Genf: Weltgesundheitsorganisation (2022).

Jain, SK et al. Tuberkulöse Meningitis: ein Fahrplan zur Weiterentwicklung der Grundlagen- und Translationsforschung. Nat. Immunol. 19, 521–525 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Wilkinson, RJ et al. Tuberkulöse Meningitis. Nat. Rev. Neurol. 13, 581–598 (2017).

Artikel Google Scholar

Chiang, SS et al. Behandlungsergebnisse der tuberkulösen Meningitis im Kindesalter: eine systematische Überprüfung und Metaanalyse. Lanzetteninfektion. Dis. 14, 947–957 (2014).

Artikel Google Scholar

Thwaites, GE et al. Einfluss der Resistenz gegen Tuberkulosemedikamente auf das Ansprechen auf die Behandlung und das Ergebnis bei Erwachsenen mit tuberkulöser Meningitis. J. Infizieren. Dis. 192, 79–88 (2005).

Artikel Google Scholar

Senbayrak, S. et al. Resistenzmuster gegen Tuberkulosemedikamente bei Erwachsenen mit tuberkulöser Meningitis: Ergebnisse der Haydarpasa-iv-Studie. Ann. Klin. Microbiol Antimicrob. 14, 47 (2015).

Artikel Google Scholar

Vinnard, C. et al. Langzeitmortalität von Patienten mit tuberkulöser Meningitis in New York City: eine Kohortenstudie. Klin. Infizieren. Dis. 64, 401–407 (2017).

CAS Google Scholar

Heemskerk, AD et al. Klinische Ergebnisse von Patienten mit arzneimittelresistenter tuberkulöser Meningitis, die mit einem intensivierten Antituberkulose-Regime behandelt wurden. Klin. Infizieren. Dis. 65, 20–28 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Evans, EE et al. Langzeitergebnisse von Patienten mit tuberkulöser Meningitis: die Auswirkungen von Arzneimittelresistenzen. PLoS One 17, e0270201 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Keam, SJ Pretomanid: erste Genehmigung. Drogen 79, 1797–1803 (2019).

Artikel Google Scholar

Stover, CK et al. Ein niedermolekularer Nitroimidazopyran-Arzneimittelkandidat zur Behandlung von Tuberkulose. Natur 405, 962–966 (2000).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Singh, R. et al. PA-824 tötet nichtreplizierendes Mycobacterium tuberculosis durch intrazelluläre NO-Freisetzung. Science 322, 1392–1395 (2008).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Dogra, M. et al. Vergleichende Bioaktivierung des neuen Anti-Tuberkulose-Wirkstoffs PA-824 in Mykobakterien und einer subzellulären Fraktion menschlicher Leber. Br. J. Pharm. 162, 226–236 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Lenaerts, AJ et al. Präklinische Prüfung des Nitroimidazopyrans PA-824 auf Aktivität gegen Mycobacterium tuberculosis in einer Reihe von In-vitro- und In-vivo-Modellen. Antimikrob. Agenten Chemother. 49, 2294–2301 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Muller, M., dela Pena, A. & Derendorf, H. Probleme der Pharmakokinetik und Pharmakodynamik von Antiinfektiva: Verteilung im Gewebe. Antimikrob. Agenten Chemother. 48, 1441–1453 (2004).

Artikel Google Scholar

Ordonez, AA et al. Die dynamische Bildgebung bei Patienten mit Tuberkulose zeigt heterogene Arzneimittelexpositionen in Lungenläsionen. Nat. Med. 26, 529–534 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Tucker, EW et al. Die nichtinvasive (11)C-Rifampin-Positronenemissionstomographie zeigt die Bioverteilung des Arzneimittels bei tuberkulöser Meningitis. Wissenschaft. Übers. Med. 10, eaau0965 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Mota, F. et al. Radiosynthese und Bioverteilung von (18)F-Linezolid in mit Mycobacterium tuberculosis infizierten Mäusen mittels Positronenemissionstomographie. ACS-Infektion. Dis. 6, 916–921 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Tucker, EW et al. Mikroglia-Aktivierung in einem pädiatrischen Kaninchenmodell für tuberkulöse Meningitis. Dis. Modell Mech. 9, 1497–1506 (2016).

Artikel Google Scholar

Ruiz-Bedoya, CA et al. Hochdosiertes Rifampin verbessert die bakterizide Aktivität ohne erhöhte intrazerebrale Entzündung in Tiermodellen für tuberkulöse Meningitis. J. Clin. Investieren. 132, 1–11 (2022).

Khotavivattana, T. et al. 18F-Markierung von Aryl-SCF3, -OCF3 und -OCHF2 mit [18F]-Fluorid. Angew. Chem. 127, 10129–10133 (2015).

Artikel ADS Google Scholar

Ahmad, Z. et al. PA-824 zeigt zeitabhängige Aktivität in einem Mausmodell für Tuberkulose. Antimikrob. Agenten Chemother. 55, 239–245 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Europäische Arzneimittel-Agentur. Pretomanid FGK, Beurteilungsbericht. Europäische Arzneimittel-Agentur (2020).

Thwaites, GE et al. Dexamethason zur Behandlung der tuberkulösen Meningitis bei Jugendlichen und Erwachsenen. N. engl. J. Med. 351, 1741–1751 (2004).

Artikel CAS Google Scholar

Ordonez, AA et al. Radiosynthese und PET-Bioimaging von (76)Br-Bedaquilin in einem Mausmodell für Tuberkulose. ACS-Infektion. Dis. 5, 1996–2002 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

WER. Zehn Bedrohungen für die globale Gesundheit. https://www.who.int/news-room/spotlight/ten-threats-to-global-health-in-2019 (2019).

Ordonez, AA et al. Visualisierung der Dynamik der Tuberkulose-Pathologie mithilfe molekularer Bildgebung. J. Clin. Investieren. 131, 1–11 (2021).

Bratkowska, D. et al. Bestimmung des antituberkulösen Arzneimittels PA-824 in Rattenplasma, Lungen- und Gehirngewebe durch Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie: Anwendung auf eine pharmakokinetische Studie. J. Chromatogr. B Anal. Technol. Biomed. Lebenswissenschaft. 988, 187–194 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Bjarnsholt, T. et al. Die Bedeutung des Verständnisses der infektiösen Mikroumgebung. Lanzetteninfektion. Dis. 22, e88–e92 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Xu, J. et al. Beitrag von Pretomanid zu neuartigen Therapien, die Bedaquilin mit entweder Linezolid oder Moxifloxacin und Pyrazinamid in Mausmodellen für Tuberkulose enthalten. Antimikrob. Agenten Chemother. 63, 1–14 (2019).

Beer, R. et al. Pharmakokinetik von intravenösem Linezolid in Liquor und Plasma bei neurointensivmedizinischen Patienten mit Staphylokokken-Ventrikulitis im Zusammenhang mit externen ventrikulären Drainagen. Antimikrob. Agenten Chemother. 51, 379–382 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Akkerman, OW et al. Pharmakokinetik von Bedaquilin in Liquor und Serum bei multiresistenter tuberkulöser Meningitis. Klin. Infizieren. Dis. 62, 523–524 (2016).

Google Scholar

Upton, CM et al. Pharmakokinetik von Bedaquilin in der Liquor cerebrospinalis (CSF) bei Patienten mit Lungentuberkulose (TB). J. Antimicrob. Chemother. 77, 1720–1724 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Sun, F. et al. Linezolid zeigt eine schnelle und dramatische therapeutische Wirkung bei Patienten mit lebensbedrohlicher tuberkulöser Meningitis. Antimikrob. Agenten Chemother. 58, 6297–6301 (2014).

Artikel Google Scholar

Tucker, EW et al. Pharmakokinetik des zentralen Nervensystems von Delamanid bei tuberkulöser Meningitis bei Kaninchen und Menschen. Antimikrob. Agenten Chemother. 63, 1–11 (2019).

Lappin, G., Noveck, R. & Burt, T. Mikrodosierung und Arzneimittelentwicklung: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Expertenmeinung. Arzneimittel-Metabol. Toxicol. 9, 817–834 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Burt, T. et al. Phase-0-/Mikrodosierungsansätze: Zeit für eine Mainstream-Anwendung in der Arzneimittelentwicklung? Nat. Rev. Drogendisco. 19, 801–818 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Weinstein, EA et al. Nichtinvasive Bestimmung der Pharmakokinetik von 2-[18F]-Fluoroisonicotinsäurehydrazid mittels Positronenemissionstomographie bei mit Mycobacterium tuberculosis infizierten Mäusen. Antimikrob. Agenten Chemother. 56, 6284–6290 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Rosenthal, IM et al. Dosisvergleich von Rifampin und Rifapentin in zwei pathologisch unterschiedlichen Mausmodellen der Tuberkulose. Antimikrob. Agenten Chemother. 56, 4331–4340 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Bigelow, KM, Tasneen, R., Chang, YS, Dooley, KE & Nürnberger, EL Bewahrte Wirksamkeit und verringerte Toxizität bei intermittierender Linezolid-Dosierung in Kombination mit Bedaquilin und Pretomanid in einem Maus-Tuberkulose-Modell. Antimikrob. Agenten Chemother. 64, 1–13 (2020).

Andries, K. et al. Ein Diarylchinolin-Medikament, das auf die ATP-Synthase von Mycobacterium tuberculosis wirkt. Wissenschaft 307, 223–227 (2005).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Tasneen, R. et al. Beitrag von Oxazolidinonen zur Wirksamkeit neuartiger Therapien mit Bedaquilin und Pretomanid in einem Mausmodell für Tuberkulose. Antimikrob. Agenten Chemother. 60, 270–277 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Ordonez, AA et al. Die radiojodierte DPA-713-Bildgebung korreliert mit der bakteriziden Aktivität von Tuberkulosebehandlungen bei Mäusen. Antimikrob. Agenten Chemother. 59, 642–649 (2015).

Artikel Google Scholar

Irwin, SM et al. Das Ansprechen auf die Behandlung mit Bedaquilin und Pyrazinamid wird durch die Heterogenität der Lungenläsionen bei mit Mycobacterium tuberculosis infizierten C3HeB/FeJ-Mäusen beeinflusst. ACS-Infektion. Dis. 2, 251–267 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Nürnberger, E. et al. Kombinationschemotherapie mit dem Nitroimidazopyran PA-824 und Erstlinienmedikamenten in einem Mausmodell für Tuberkulose. Antimikrob. Agenten Chemother. 50, 2621–2625 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Bigelow, KM et al. Pharmakodynamische Korrelate der Linezolid-Aktivität und -Toxizität in Mausmodellen für Tuberkulose. J. Infizieren. Dis. 223, 1855–1864 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

O'Connell, KE et al. Praktische Maus-Hämatopathologie: eine vergleichende Übersicht und Implikationen für die Forschung. Komp. Med. 65, 96–113 (2015).

Google Scholar

Stancil, SL, Mirzayev, F. & Abdel-Rahman, SM Profilierung von Pretomanid als therapeutische Option bei Tuberkulose-Infektionen: Bisherige Erkenntnisse. Drogen Des. Entwickler Dort. 15, 2815–2830 (2021).

Artikel Google Scholar

Referenzen herunterladen

Die Autoren danken Eric Nuermberger (Johns Hopkins Hospitals) für die Unterstützung bei der Dosierung von Antibiotika, Mariah Klunk für die Unterstützung bei der PET/CT-Bildgebung und Axia Chemicals Ltd. für die Entwicklung des Vorläufers für 18F-Pretomanid. Wir möchten auch allen Studienteilnehmern sowie Amanda Henderson, Ergi Spiro und Jeff Leal (Johns Hopkins Hospitals) für ihre Hilfe bei der Rekrutierung der menschlichen Probanden bzw. der Kuratierung der menschlichen Bilddaten danken. Finanzierung: Diese Arbeit wurde von den US National Institutes of Health R01-AI145435-A1 (SKJ), R01-AI153349 (SKJ), R01-HL131829 (SKJ), R21-AI149760 (SKJ) und K08-AI139371 (EWT) finanziert. .

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Filipa Mota, Camilo A. Ruiz-Bedoya, Elizabeth W. Tucker, Daniel P. Holt.

Center for Infection and Inflammation Imaging Research, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, 21287, USA

Philippe Mota, Camilo A. Ruiz-Bedoya, Elizabeth W. Tucker, Patricia De Jesus, Clara Erice, Xueyi Chen, Melissa Bahr, Kelly Flavahan, John Kim, Alvaro A. Ordonez und Sanjay K. Jain

Zentrum für Tuberkuloseforschung, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, 21287, USA

Philippe Mota, Camilo A. Ruiz-Bedoya, Elizabeth W. Tucker, Patricia De Jesus, Clara Erice, Xueyi Chen, Melissa Bahr, Kelly Flavahan, John Kim, Alvaro A. Ordonez und Sanjay K. Jain

Abteilung für Pädiatrie, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, 21287, USA

Philippe Mota, Camilo A. Ruiz-Bedoya, Patricia De Jesus, Xueyi Chen, Melissa Bahr, Kelly Flavahan, Alvaro A. Ordonez und Sanjay K. Jain

Abteilung für Anästhesiologie und Intensivmedizin, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, 21287, USA

Elizabeth W. Tucker, Clara Erice und John Kim

Russell H. Morgan Department of Radiology and Radiological Sciences, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, 21287, USA

Daniel P. Holt, Martin A. Lodge, Mary Katherine Brosnan, Robert F. Dannals und Sanjay K. Jain

Labor für Pharmakokinetik von Infektionskrankheiten, Pharmakotherapie und translationale Forschung, University of Florida College of Pharmacy, Gainesville, FL, 32610, USA

Charles A. Peloquin

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FM, CAR-B. und SKJ konzipierte und gestaltete die Studien. FM und PDJ führten die manuellen Radiosynthesen durch. DPH und RFD entwickelten die cGMP-Synthese. FM, CAR-B., PDJ, MB und KF führten die Mausstudien durch. XC führte die Zytokinanalyse durch. FM, CE, JK und EWT führten die Kaninchenstudien durch. EWT überwachte die Kaninchenstudien. AAO und SKJ haben das Protokoll für die Humanstudien geschrieben. AAO, CAR-B., EWT und MKB rekrutierten und stimmten den menschlichen Probanden zu und analysierten die menschlichen Bilddaten. CAP führte eine massenspektrometrische Analyse durch. SKJ stellte die Finanzierung bereit und überwachte das Projekt. FM, CAR-B., EWT und SKJ haben das Manuskript unter maßgeblicher Beteiligung aller Co-Autoren verfasst.

Korrespondenz mit Sanjay K. Jain.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Communications dankt den anderen anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Peer-Review-Berichte sind verfügbar.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Mota, F., Ruiz-Bedoya, CA, Tucker, EW et al. Dynamische 18F-Pretomanid-PET-Bildgebung in Tiermodellen für Tuberkulose-Meningitis und Studien am Menschen. Nat Commun 13, 7974 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35730-3

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Eingegangen: 25. August 2022

Angenommen: 20. Dezember 2022

Veröffentlicht: 29. Dezember 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-35730-3

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