In vivo testimise loommudelid (1): kehtestamine ja klassifitseerimine

Märkimisväärne rollin vitromudelite sõelumine ravimite avastamisel on vaieldamatu. Simuleerides ravimite ja biomolekulide vahelisi koostoimeid, annavad need mudelid esialgse ülevaate kandidaatmolekulide füüsikalis-keemilistest omadustest, metaboolsetest radadest, ravimite koostoimetest ja transmembraansest läbilaskvusest. Need ennustused mitte ainult ei aita kaasa ravimite toimemehhanismide sügavamale mõistmisele, vaid pakuvad ka väärtuslikke juhiseid hilisemaksin vivokatsetamine.

Siiski on ülioluline tunnistada kontrollitava keskkonna loomupäraseid erinevusiin vitromudelid ja elusorganismi keeruline biokeemiline keskkond. Need lahknevused võivad tuleneda erinevatest teguritest, sealhulgas bioloogiliste süsteemide keerukusest, rakkudevahelisest interaktsioonist ja erinevatest füsioloogilistest tingimustest.in vitrojain vivoseaded.

Nende erinevuste tõttu on tulemusedin vitroaktiivsuse analüüsid ei pruugi täielikult kajastada ravimi tegelikku efektiivsustin vivo. Seetõttu samal ajalin vitrosõeluuringumudelitel on ravimite väljatöötamise varases staadiumis asendamatu{0}}positsioon, neid ei saa asendadain vivokatsetamine. Reguleerivad asutused kogu maailmas volitavad esitama kõikehõlmavatin vivoandmed enne uue ravimi turuleviimise heakskiitmist, tagades selle ohutuse ja tõhususe.

Inimeste otsene kasutamine uimastite sõeluuringuks on selgelt ebapraktiline. Eetilisest vaatenurgast kujutab ebapiisavalt valideeritud ravimite manustamine inimestele potentsiaalseid terviseriske ja võib õõnestada üldsuse usaldust ravimiarendustööstuse vastu. Majanduslikust vaatenurgast nõuavad inimkatsed märkimisväärseid ressursiinvesteeringuid ja nende suhtes valitseb märkimisväärne ebakindlus, mis paneb uurimisprojektidele algusest peale märkimisväärse rahalise koormuse.

Järelikult luua tõhus ja teostatavloomamudelidkandidaatravimite mõju hindamine inimkehale ja haiguse progresseerumisele on muutunud ravimite väljatöötamise asendamatuks sammuks. Loommudelid võivad simuleerida inimeste haiguste patogeneesi ja patofüsioloogilisi protsesse, pakkudes katsekeskkonda, mis on inimese seisundile lähemal. Loommudelite abil saab läbi viia kandidaatravimite ohutuse, efektiivsuse ja farmakokineetiliste omaduste igakülgse hindamise, pakkudes tugevat tuge järgnevateks kliinilisteks uuringuteks.

See artikkel keskendub loommudelite rakenduste ja eeliste uurimisele ravimite väljatöötamisel, eesmärgiga anda väärtuslikku teavet tulevaste teadusuuringute jaoks. (Pikkuspiirangute tõttu käsitletakse seda teemat kahes osas. 1. osas käsitletakse loomamudelite loomist ja klassifitseerimist, 2. osas aga klassikalisi loomamudeleid.)

2.1 Keemiline sekkumine

Loommudelite loomine keemilise sekkumise abil hõlmab spetsiifiliste keemiliste ainete manustamist loomadele kas süstimise või söötmise teel, et kutsuda esile spetsiifilisi patofüsioloogilisi muutusi. Selle meetodi kriitilised aspektid on sobiva keemilise aine ja õige annuse valimine, et tagada patoloogiliste muutuste stabiilne ja reprodutseeritav esilekutsumine loomas.

MPTP haldusmudel jaoksParkinsoni tõbion eeskujuks. MPTP (1-metüül-4-fenüül-1,2,3,6-tetrahüdropüridiin) on neurotoksiin, mis kahjustab selektiivselt mustaine dopamiinergilisi neuroneid, põhjustades dopamiini taseme langust ja matkides Parkinsoni tõve patoloogilisi tunnuseid.

Spetsiifiline protseduur hõlmab sobiva loomatüve ja vanuse valimist, näiteks tavaliselt kasutatavad C57BL/6 hiired. Seejärel arvutatakse ja määratakse katseobjekti ja looma kehakaalu alusel MPTP annus. Tavaliselt manustatakse MPTP-d intraperitoneaalse süstina üks kord päevas mitme päeva kuni nädala jooksul.

Manustamisperioodil on mudeli loomise hindamiseks vaja hoolikalt jälgida looma käitumise muutusi, nagu motoorne koordinatsioon ja kehaasendi tasakaal. Lisaks saab mudeli patofüsioloogiliste omaduste täiendavaks kinnitamiseks kasutada biokeemilisi analüüse ja histoloogilisi analüüse.

MPTP{0}}indutseeritud Parkinsoni tõve mudel pakub mitmeid eeliseid: see kordab tõhusalt Parkinsoni tõve tüüpilisi patoloogilisi tunnuseid, nagu dopamiinergiliste neuronite kadumine mustas aines ja dopamiini taseme langus; mudeli loomise protsess on suhteliselt lihtne, operatiivselt mugav ja kuluefektiivne; MPTP selektiivse ja spetsiifilise toksilise toime tõttu on mudelil kõrge stabiilsus ja reprodutseeritavus.

Kuid MPTP{0}}indutseeritud Parkinsoni tõve mudelil on ka teatud piirangud. Näiteks ei pruugi see täielikult kokku võtta inimese Parkinsoni tõve keerulist patogeneesi ja patoloogilist progresseerumist ning manustamisprotsess võib esile kutsuda teatud kõrvaltoimeid ja toksilisi reaktsioone. Seetõttu on selle mudeli kasutamisel haiguste uurimisel ja ravimite väljatöötamisel vaja hoolikalt hinnata selle rakendatavust ja piiranguid.

2.2 Füüsiline sekkumine

Mõelge stsenaariumile, mille eesmärk on uurida haigusi, mis on põhjustatud välistest füüsilistest teguritest, nagu luumurrud, nikastused või füüsilisest koormusest{0}} tingitud vigastused. Otsene katsetamine inimestega on eetiliste probleemide ja oluliste riskide tõttu võimatu. Siin muutuvad loomamudelid hindamatuks.

Füüsilise sekkumise meetodid loommudelite loomiseks on mitmekesised, kõige levinum on kirurgiline või mehaaniline jõu rakendamine. Näiteks luumurdude paranemise uurimisel võivad teadlased luua luumurdude mudeli hiirte või rottide jalgades. Nad kasutavad spetsiaalseid kirurgilisi instrumente, et simuleerida inimese luumurdude traumasid ja seejärel jälgida loomade paranemisprotsessi. Seda võib vaadelda kui "õnnetuse" miniatuurset simulatsiooni väikesel laval, mis võimaldab jälgida, kuidas "vigastatud" subjekt taastub.

Teine näide hõlmab südameklappide haiguste uurimist. Teadlased võivad kasutada kateteriseerimistehnikaid, et simuleerida klapi stenoosi või regurgitatsiooni loomade südametes. Täpse kirurgilise manipuleerimisega sisestatakse kateetrid looma südamesse, et jäljendada klapikahjustusi, ja jälgitakse järgnevaid muutusi südame talitluses. See on sarnane keeruka masina tõrke tahtliku sissetoomisega ja selle reaktsiooni jälgimisega.

Need füüsilised sekkumismeetodid mitte ainult ei aita simuleerida erinevaid haigusseisundeid, vaid hõlbustavad ka uute ravimite tõhususe ja ohutuse hindamist. Näiteks luumurdude mudelis võib äsja väljatöötatud ravimi manustamine ning luude paranemise kiiruse ja kvaliteedi jälgimine anda väärtuslikku teavet. Samamoodi saab südameklapihaiguse mudelis hinnata uue ravimi võimet parandada südamefunktsiooni ja vähendada tüsistusi.

Lisaks kombineeritakse füüsilise sekkumise meetodeid sageli teiste tehnikatega, nagu geenide redigeerimine ja ravimite esilekutsumine, et inimeste haigusi põhjalikumalt simuleerida. Näiteks vähiuuringutes võivad teadlased esmalt kasutada geenide redigeerimist, et kutsuda esile spetsiifilisi geenimutatsioone loomadel, ja seejärel kasutada kasvaja moodustumise vallandamiseks füüsilisi sekkumisi (nt kiiritus või keemiline induktsioon).

2.3 Geneetiline sekkumine

Geneetiline sekkumine hõlmab looma geenide muutmist, et jäljendada inimese haigusi. Selle meetodi tuum seisneb arenenud geenide redigeerimise tehnoloogiate (nt CRISPR/Cas9) võimendamises looma genoomi täpseks muutmiseks. See tehnoloogia toimib nagu "molekulaarsed käärid", mis on võimelised DNA järjestusi täpselt lõikama ja asendama, luues seeläbi spetsiifiliste geneetiliste mutatsioonidega loomamudeleid.

Näiteks kui eesmärk on uurida konkreetsest geenimutatsioonist põhjustatud pärilikku haigust, näiteks autismispektri häiret, saab CRISPR/Cas9 tehnoloogiat kasutada identse mutatsiooni sisestamiseks looma (nt hiirte või koerte) genoomi. Nendel loomadel ilmnevad haigustunnused, mis on sarnased inimpatsientidega, pakkudes ideaalset platvormi uurimistööks.

Autismispektri häire koerte mudel on veenev näide edukast geneetilise sekkumise loomamudelist. Hiina professor Yongqing Zhangi juhitud uurimisrühm tutvustas CRISPR/Cas9 tehnoloogia abil koertele edukalt Shank3 geenimutatsiooni, luues koerte autismispektri häire mudeli. Need mutantsed koerad kordasid tõhusalt inimestel autismi põhilisi kliinilisi ilminguid, nagu sotsiaalsed puudujäägid, pakkudes teadlastele uudset uurimisvahendit autismi patogeneesi ja ravistrateegiate põhjalikuks uurimiseks-.

Loommudelite loomisel geneetilise sekkumise kaudu võib selle kombineerimine teiste tehnikatega, nagu transgenees ja keemiline induktsioon, veelgi simuleerida inimeste haiguste keerukust. Näiteks saab spetsiifilise geenimutatsiooni sisse viia geenide redigeerimise kaudu, millele järgneb keemiliste ainete kasutamine spetsiifiliste füsioloogiliste või patoloogiliste muutuste esilekutsumiseks, mis viib inimese haigusseisundi põhjalikuma kokkuvõtteni.

3.1 Homoloogsed loomamudelid

Homoloogsed loommudelid on need, millel on suur sarnasus inimese haiguste mehhanismidega. Need on geeniekspressiooni ja füsioloogiliste omaduste poolest sarnased, kuid mis veelgi olulisem, haiguse etioloogias, progresseerumises ja ravivastusest, peegeldades inimeste tingimusi märkimisväärselt. See võimaldab teadlastel täpselt simuleerida inimeste haiguste patofüsioloogilisi protsesse loomadel, pakkudes hindamatuid eksperimentaalseid andmeid ravimite väljatöötamiseks. Peamised omadused hõlmavad järgmist:

• Kõrge täpsusega simulatsioon:Homoloogsed loommudelid kordavad täpselt inimeste haiguste põhjuseid, sümptomeid ja ravivastuseid, muutes ravimite väljatöötamise protsessi asjakohasemaks ja tõhusamaks.
• Ennustav jõud:Tänu nende suurele sarnasusele inimeste haiguste mehhanismide ja ravimivastustega võivad homoloogsed loommudelid ennustada ravimite efektiivsust ja kõrvaltoimeid inimestel mõistliku täpsusega, pakkudes tugevat tuge kliinilistele uuringutele.

Bakteriaalse infektsiooni mudelid, mis on loodud inimese bakteriaalse infektsiooni protsessi simuleerimise teel, on sarnaste patofüsioloogiliste tunnustega loommudelid. Need mudelid on üliolulised bakteriaalsete infektsioonide patogeneesi mõistmiseks ja antibakteriaalsete ravimite efektiivsuse hindamiseks. Näiteks antibiootikumide väljatöötamisel kasutavad teadlased bakteriaalsete infektsioonide mudeleid erinevate antibiootikumide inhibeeriva ja bakteritsiidse toime hindamiseks, mis loob teadusliku aluse kliinilistele ravimitele.

3.2 Isomorfsed loomamudelid

Isomorfsed loommudelid viitavad mudelitele, millel on inimeste haigustega sarnased sümptomid ja mida saab kasutada samade ravimeetodite jaoks. Erinevalt homoloogsetest mudelitest võivad isomorfsete mudelite haiguse põhjused erineda inimeste omadest. Mõelge artriidiga-seotud degeneratiivsetele kahjustustele: kuigi jodoatsetaadi süstimine loommudeli liigestesse võib esile kutsuda artriidi ja seda saab kasutada ühendite degeneratiivsete anti-mõjude uurimiseks, on inimese osteoartriidi tekkemehhanism tunduvalt keerulisem ja seda ei põhjusta ainult jodoatsetaat. Isomorfsete loomamudelite põhijooned on järgmised:

• Sümptomite sarnasus:Isomorfsetel loommudelitel on inimeste haigustega väga sarnased sümptomid, mis võimaldavad jälgida analoogseid patofüsioloogilisi muutusi loomadel, pakkudes intuitiivseid viiteid ravimite väljatöötamiseks.
• Ravi paralleelid:Sümptomaatiliste sarnasuste tõttu saab sageli kasutada samu ravistrateegiaid nii isomorfsete loommudelite kui ka inimeste haiguste puhul. See hõlbustab ravimi efektiivsuse ja ohutuse hindamist.
• Etioloogilised erinevused:Vaatamata sümptomite ja ravimeetodite sarnasustele võivad haiguse peamised põhjused isomorfsete loommudelite puhul erineda inimeste omadest. See erinevus nõuab katsetulemuste ettevaatlikumat analüüsi, kui kasutatakse ravimite väljatöötamiseks isomorfseid mudeleid, et vältida loommudeli leidude otsest ekstrapoleerimist inimestele.

Kasutades näiteks artriidiga{0}}seotud degeneratiivseid kahjustusi, võib jodoatsetaadi intraartikulaarne süstimine loommudelites esile kutsuda artriiti. Sellel mudelil on sümptomaatilised sarnasused inimese osteoartriidiga, nagu liigeste turse, valu ja piiratud liikuvus. Järelikult saab seda mudelit kasutada ravimite anti-degeneratiivse potentsiaali hindamiseks. Inimese osteoartriidi areng on aga keerulisem, hõlmates erinevaid tegureid, nagu geneetika, keskkond ja vanus. Seetõttu on ravimite väljatöötamiseks isomorfsete loommudelite kasutamisel oluline nende tegurite põhjalik kaalumine, et tagada katsetulemuste täpsus ja usaldusväärsus.

3.3 Ennustavad loomamudelid

Ennustavaid loommudeleid kasutatakse ravimite väljatöötamise vahenditena, kui puudub otsene loommudel, mis vastaks inimese haigusele. Need mudelid simuleerivad erinevate meetodite abil haiguse sümptomeid ja vastuseid. Seda võib võrrelda käsitsi-joonistatud visandi kasutamisega marsruudi kavandamiseks, kui tegelik kaart pole saadaval.

Mõelge vaimuhaigustele. Need seisundid on erakordselt keerulised, mitte ainult nende erinevate etioloogiate tõttu, vaid ka seetõttu, et looma vaimse seisundi otsene jälgimine ja mõistmine on keeruline. Seetõttu on raske lõplikult kindlaks teha, kas loom tõesti kannatab vaimuhaiguse all. Õnneks on teadlased välja töötanud lähenemisviisi: loomade vaimsete sümptomite esilekutsumine või süvendamine teatud ravimite manustamisega.

Näiteks kujutage ette uue ravimi väljatöötamist depressiooni raviks. Sobiva loommudeli puudumisel võivad teadlased süstida hiirtele ainet, mis teadaolevalt kutsub esile depressiivseid sümptomeid ja seejärel jälgida muutusi nende käitumises.

Kui uus ravim võib leevendada hiirte depressiooni sümptomeid, annab see esialgseid tõendeid, mis viitavad sellele, et ravim võib olla efektiivne ka inimeste depressiooni ravis. Loomulikult on see esialgne ennustus ja tegelik tõhusus tuleb kinnitada inimestega läbi viidud kliiniliste uuringute kaudu.

4.1 Liikide valik

Mudeli väljatöötamiseks liikide valiku kaalumisel on see sarnane keeruka projekti jaoks õigete ressursside hoolika valimisega. Sobiva loomamudeli valimine on ülioluline kui parimate materjalide valimine.

Oluline on mõista, et mitte kõik loomad ei sobi ravimite väljatöötamise mudeliteks. Kuna kõik materjalid sobivad konkreetseks otstarbeks, tuleb arvesse võtta mitmeid tegureid, sealhulgas looma füsioloogilist struktuuri, ainevahetussüsteemi ja vastuvõtlikkust huvipakkuva haiguse suhtes.

Loommudelite valikul eelistatakse üldjuhul liike, mis on füsioloogiliselt ja patoloogiliselt inimesega kõige sarnasemad. Näiteks kasutatakse hiiri ja rotte sageli ravimite väljatöötamisel nende kiirete aretustsüklite, geneetilise manipuleerimise lihtsuse ja madalate kulude tõttu.

Teatud haiguste puhul võib siiski olla vaja spetsiaalseid loommudeleid. Näiteks küülikud ja ahvid on eelistatud mudelid oftalmoloogiliste haiguste uurimiseks, kuna nende silma struktuur on sarnane inimese omaga.

Ahvilised (NHP), kuna selgete hierarhiliste struktuuride ja keeruka käitumisega sotsiaalsed loomad on fülogeneetiliselt, anatoomiliselt, füsioloogiliselt ja biomeditsiiniliselt inimestega sarnasemad kui tavaliselt kasutatavad näriliste mudelid. Need on meditsiini- ja bioteaduslike uuringute arenenud katseloomad, mängides asendamatut rolli inimeste haiguste ennetamise ja tõrje vaktsiinide väljatöötamisel ning inimese ajufunktsiooni ja neuroloogiliste häirete uurimisel. Kuna inimmeditsiini ja tervisealased uuringud süvenevad, on madalamat-järgu mudelloomad teatud valdkondades ebapiisavad, mistõttu on tungiv vajadus evolutsiooniliselt inimestele lähemal olevate loommudelite, näiteks ahvide järele.

Praktilistes rakendustes on teadlased saavutanud märkimisväärseid tulemusi sobivate loommudelite valimisel. Näiteks vähiravi uuringutes on hiiremudelid aidanud läbi vaadata arvukalt tõhusaid kasvajavastaseid ravimeid. Uuringusneurodegeneratiivsed haigused, puuviljakärbse ja nematoodi mudelid on andnud ülevaate haiguse alguse aluseks olevatest molekulaarsetest mehhanismidest. Need edukad näited rõhutavad sobivate loommudelite valimise tähtsust uute ravimite väljatöötamisel.

4.2 Nõuded proovi suurusele

Katseloomade sobiva arvu kindlaksmääramine sõltub viiest võtmetegurist: statistilised põhimõtted, katse eesmärgid, loomade omadused, eelnev kogemus ja asjakohased eeskirjad.

Statistilised põhimõtted

Ravimiarenduses on eesmärk saada tulemusi, mis pole mitte ainult tõhusad, vaid ka usaldusväärsed ja reprodutseeritavad. See nõuab statistiliste põhimõtete rakendamist, et hinnata vajaliku valimi suurust eeldatava efekti suuruse, katsevea ja soovitud usaldustaseme põhjal. Sisuliselt, nagu mündi mitu korda loopimine, annab peade või sabade tõenäosuse täpsema prognoosi.

Eksperimentaalsed eesmärgid

Katse eesmärk on vajaliku katseloomade arvu teine ​​oluline määraja. Erinevad katseeesmärgid nõuavad erinevat valimi suurust. Näiteks on ravimite toksilisuse uuringutes tavaliselt vaja suuremaid valimeid, et tagada tulemuste usaldusväärsus ja ohutus, samas kui esialgses ravimisõeluuringu etapis võib piisata väiksematest valimitest.

Loomade omadused

Valimi suuruse määramist võivad mõjutada sellised tegurid nagu loomade liik, vanus, sugu ja tervislik seisund. Sarnaselt sellele, kuidas erinevad koostisosad nõuavad erinevat küpsetusaega ja kuumuse taset, võivad erinevate omadustega loomad katsetes reageerida erinevalt. Seetõttu on vaja valimi suurust kohandada vastavalt katseloomade omadustele.

Eelnev kogemus

Loomade arvu määramisel võivad olla abiks ka varasem kogemus ja asjakohased eeskirjad. Näiteks võivad teatud haiguste või ravimite uuringutes olla kehtestatud loommudelid ja katseprotokollid, mis on aluseks vajalike loomade arvu määramiseks.

Asjakohased määrused

Erinevates riikides ja piirkondades kehtivad konkreetsed eeskirjad ja juhised katsetes kasutatavate loomade arvu ja tingimuste kohta. Nende eeskirjade järgimine on katseloomade arvu määramisel kohustuslik.