生体内分布

生体内分布は、実験動物または被験者の体内で関心のある化合物がどこを移動するかを追跡する方法です。たとえば、PET (陽電子放出断層撮影) スキャン用の新しい化合物の開発では、放射性同位体がペプチド(タンパク質のサブユニット)と化学的に結合されます。この特定の同位体は、陽電子(反物質粒子で、質量は電子に等しいが正電荷を持つ) を放出します。原子核から放出されると、陽電子は電子と遭遇して消滅し、反対方向に移動する2 つのガンマ線が生成されます。これらのガンマ線は測定でき、標準と比較することで定量化できます。

有用な新規放射性標識化合物とは、脳や腫瘍などの特定の身体部位の医療用画像診断（低用量の放射能を注入）または腫瘍の治療（高用量の放射能の注入が必要）に適した化合物です。いずれの場合も、化合物は標的臓器に蓄積する必要があり、存在する余分な化合物は速やかに身体から排除される必要があります。医療診断用画像診断では、これにより鮮明な診断画像（高画像コントラスト）が生成され、放射線療法では標的（腫瘍など）を攻撃しながら非標的臓器への副作用を最小限に抑えます。新しい診断用または治療用化合物の開発では、人間に対する安全性など、追加の要素を評価する必要があります。有効性の観点から、生体内分布は解剖または画像診断によって測定できる重要な側面です。

たとえば、放射性標識された新しい化合物を 16～20 匹のげっ歯類 (通常はマウスまたはラット) のグループに静脈注射します。1、2、4、24 時間の間隔で、動物の小グループ (4～5 匹) を安楽死させ、解剖します。対象となる臓器 (通常は血液、肝臓、脾臓、腎臓、筋肉、脂肪、副腎、膵臓、脳、骨、胃、小腸、上部大腸と下部大腸、腫瘍がある場合は腫瘍) を事前に計量した容器に入れて計量し、放射能 (ガンマ線など) を測定する装置に入れます。組織の放射能濃度を注入量に対して正規化すると、臓器または生物組織 1 グラムあたりの注入量のパーセント単位で値が得られます。この結果から、化合物が動物の体内をどのように移動し、どこに保持されるかを動的に把握できます。

解剖手順と同様に、動物に低用量の放射性標識化合物を注射します。注射後の選択された時点で、PET または SPECT 画像が取得され、通常は解剖学的参照用に CT または MR 画像も取得されます。放射能濃度は、さまざまな対象臓器の PET または SPECT 画像から測定されます。これには、これらの臓器の容積を CT 画像などから測定すること (解剖手順のように臓器の重量を測るのではなく)、または臓器の代表的な部分の放射能濃度を評価することが含まれる場合があります。組織の放射能濃度を注射量に対して正規化すると、臓器または生物組織 1 ミリリットルあたりの注射量のパーセント単位で値が得られます。

画像診断の利点は、動物を麻酔して、必要な時点のいくつかまたはすべてで画像診断を行うことができることです。つまり、この手順に必要な動物は少数で、すべての動物を生かしておくことができます。これは非侵襲的手順であると考えられています。さらに、この手順は、2 つの主な違いを除いて、クリニックでの医療診断用画像診断と本質的に同じです。(1) 開発中の新しい化合物は、詳細な実験計画の精査と承認を条件に動物に注入できますが、臨床医は、厳密にテストされ、人間への使用が承認された放射性標識化合物のみを注入できます。(2) 動物は通常、スキャン中 (数分程度) 麻酔する必要がありますが、人間は起きていて、スキャン中はただじっとしていなければなりません。

遺伝子治療では、ウイルスなどの遺伝子送達ベクターは、粒子の生体内分布または形質導入パターンのいずれかに従って画像化できます。前者は、ウイルスを造影剤で標識し、 MRIやSPECT / PETなどの画像診断法で可視化することを意味し、後者は、遺伝子送達ベクターのマーカー遺伝子を免疫組織化学的方法、光学画像診断、さらにはPCRによって可視化することを意味します。非侵襲性画像診断は、画像診断装置がクリニックから研究用に利用できるようになったため、人気が高まっています。

例えば、アビジンを発現するバキュロウイルスは、ビオチン化鉄粒子でコーティングすることでラットの脳内で画像化することができ、MR画像で可視化されます。鉄ウイルス粒子の生体内分布は、側脳室の脈絡叢細胞に集中していることがわかりました。^[1]