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Dinâmico 18F

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 7974 (2022) Citar este artigo 3469 Acessos 5 Citações 356 Detalhes da Altmetric Metrics Pretomanid é um antimicrobiano nitroimidazol ativo contra

Nature Communications volume 13, número do artigo: 7974 (2022) Citar este artigo

3469 acessos

5 citações

356 Altmétrico

Detalhes das métricas

Pretomanida é um antimicrobiano nitroimidazol ativo contra Mycobacterium tuberculosis resistente a medicamentos e aprovado em combinação com bedaquilina e linezolida (BPaL) para tratar tuberculose pulmonar (TB) multirresistente (MDR). No entanto, a penetração destes antibióticos no sistema nervoso central (SNC) e a eficácia do regime BPaL para a meningite tuberculosa não estão bem estabelecidas. É importante ressaltar que faltam tratamentos eficazes para a meningite tuberculosa causada por cepas MDR, resultando em alta mortalidade. Desenvolvemos novos métodos para sintetizar 18F-pretomanida (quimicamente idêntico ao antibiótico) e realizamos imagens de tomografia por emissão de pósitrons (PET) entre espécies para medir de forma não invasiva os perfis de concentração-tempo de pretomanida. PET dinâmico em modelos de meningite tuberculosa em camundongos e coelhos demonstra excelente penetração da pretomanida no SNC, mas os níveis do líquido cefalorraquidiano (LCR) não se correlacionam com os do parênquima cerebral. A atividade bactericida do regime BPaL no modelo de meningite tuberculosa em camundongos é substancialmente inferior ao regime padrão de TB, provavelmente devido à penetração restrita de bedaquilina e linezolida no parênquima cerebral. Finalmente, o primeiro PET dinâmico com 18F-pretomanida em humanos em seis voluntários saudáveis ​​demonstra excelente penetração da pretomanida no SNC, com níveis significativamente mais elevados no parênquima cerebral do que no LCR. Estes dados têm implicações importantes para o desenvolvimento de novos tratamentos antibióticos para a meningite tuberculosa.

A tuberculose (TB) continua a ser uma das principais causas de morte causada por um único agente infeccioso1 e a meningite tuberculosa é a forma extrapulmonar mais devastadora, especialmente nos jovens e nos imunocomprometidos2,3,4. A TB multirresistente (MDR), causada pelo Mycobacterium tuberculosis resistente aos antibióticos de primeira linha (isto é, isoniazida e rifampicina), está aumentando. A meningite tuberculosa causada por cepas MDR está associada a alta mortalidade5,6,7, e a resistência aos medicamentos é um preditor independente de morte8. Num recente estudo de coorte retrospectivo entre 237 pacientes com meningite tuberculosa, a mortalidade foi significativamente maior entre pacientes com doença resistente a medicamentos (67%) do que com doença suscetível a medicamentos (24%, P < 0,001)9. Além disso, a mortalidade foi significativamente maior (taxa de risco ajustada de 7,2) em pacientes com meningite tuberculosa resistente a medicamentos após 90 dias do início do tratamento (P <0,001). São, portanto, urgentemente necessários novos medicamentos e tratamentos mais eficazes contra a TB-MDR para combater esta ameaça à saúde pública. Pretomanida (anteriormente PA-824) é uma pequena molécula pertencente à classe de agentes antimicrobianos nitroimidazol, aprovada pela Food and Drug Administration (FDA) dos EUA em 2019 para o tratamento de TB-MDR pulmonar, em combinação com bedaquilina e linezolida (BPaL - bedaquilina, pretomanida, linezolida)10. Pretomanid é ativo contra M. tuberculosos replicantes e não replicantes, o que contribui para sua excelente atividade bactericida11,12,13,14.

Com poucas exceções, as recomendações atuais de dosagem de antibióticos baseiam-se nas concentrações plasmáticas, sem informações sobre as concentrações do medicamento no local da infecção. Uma vez que níveis inadequados de antibióticos nos tecidos alvo podem levar à seleção de organismos resistentes, toxicidade ou lesão de órgãos e, em última análise, à falha do tratamento, um número crescente de estudos e a FDA dos EUA apoiam cada vez mais a medição das concentrações de antibióticos em tecidos infectados15. Portanto, desenvolvemos tecnologias clinicamente traduzíveis baseadas em tomografia por emissão de pósitrons (PET) para medições in situ multicompartimentais não invasivas, simultâneas e imparciais de curvas de concentração-tempo de antibióticos em animais e humanos . Neste estudo, relatamos o desenvolvimento de 18F-pretomanida como uma ferramenta de imagem molecular para avaliar de forma não invasiva a biodistribuição de medicamentos em todo o corpo (Fig. 1), utilizando estudos detalhados em animais em modelos de meningite tuberculosa em camundongos e coelhos . Em resumo, os animais infectados são submetidos a PET dinâmico/tomografia computadorizada (TC) com 18F-pretomanida para obter curvas tempo-atividade (TACs) e áreas sob a curva (AUCs) através da quantificação do sinal PET em volumes de interesse (VOI). Autorradiografia e histologia post-mortem também são realizadas em todos os modelos animais. Dado o potencial desconhecido dos regimes contendo pretomanida para meningite tuberculosa, o regime de bedaquilina (B), pretomanida (P) e linezolida (L) é testado num modelo de ratinho de meningite tuberculosa20. A espectrometria de massa e as técnicas tradicionais de microbiologia são empregadas para avaliar os níveis de drogas intraparenquimatosas e a eficácia bactericida (carga bacteriana quantificada com unidades formadoras de colônias [UFC]) longitudinalmente. A radiossíntese de 18F-pretomanida sob as atuais Boas Práticas de Fabricação (cGMP) facilita a tradução em humanos, e os primeiros estudos PET dinâmicos de 18F-pretomanida em humanos são realizados de acordo com as diretrizes da FDA dos EUA.

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>