نموذج الفئران 6-هيدروكسي دوبامين لمرض باركنسون

الخصائص العصبية المرضية الرئيسية ل PD هي التنكس العصبي التدريجي المزمن للخلايا العصبية الدوبامينية في المادة السوداء pars compacta (SNc) ووجود أجسام ليوي التي تحتوي على بروتين α-synuclein ¹. بينما تقوم الخلايا العصبية الدوبامينية SNc بإسقاط محاورها العصبية في المخطط من خلال المسار nigrostriatal ، يؤدي التنكس العصبي للخلايا العصبية في SNc إلى عجز الدوبامين في المخطط ². يؤدي غياب الدوبامين في المخطط إلى اختلال التوازن في أنشطة مسارات التحكم الحركي المباشرة وغير المباشرة ، المسؤولة عن الأعراض الحركية الرئيسية ل PD: akinesia (الحركة البطيئة) ، بطء الحركة (صعوبة في بدء الحركات) ، تصلب العضلات ، والهزة عند ^{الراحة3،4،5}.

نظرا لأن الآليات الجزيئية والفسيولوجية المشاركة في ظهور مرض باركنسون لا تزال غير مفهومة تماما ، فإن العلاجات الرئيسية المتاحة حاليا تسعى إلى تخفيف الأعراض الحركية من خلال العلاجات الدوائية والتحفيز العميق للدماغ ^6,7 والعلاجات الوراثية8 وزرع ^{الخلايا9}. لذلك ، يعد البحث قبل السريري أمرا أساسيا لتوضيح الآليات المشاركة في ظهور مرض باركنسون واكتشاف منهجيات جديدة للتشخيص المبكر والعلاجات الجديدة لمنع أو إيقاف انحطاط الخلايا العصبية المتأثرة ب ^PD10.

وقد استخدمت النماذج الحيوانية على نطاق واسع لمحاكاة علم الأمراض البشرية في المختبر، مما ساهم في تقدم الطب ^{والعلوم11}،^12،13،14. ومع ذلك ، من الضروري التأكيد على أن الاختيار الصحيح للنموذج الحيواني أمر أساسي لنجاح الدراسة. لذلك ، يجب التحقق من صحة النموذج الحيواني في ثلاثة جوانب رئيسية: أ) صلاحية الوجه ، حيث يجب أن يكون للنموذج الحيواني خصائص علم الأمراض البشري. ب) الصلاحية البناءة ، حيث يجب أن يكون للنموذج الحيواني أساس نظري متين ؛ ج) الصلاحية التنبؤية ، حيث يجب أن تستجيب النماذج الحيوانية للعلاجات بطريقة مماثلة للعلاج السريري.

حاليا ، يتم استخدام العديد من الحيوانات كنماذج حيوانية ل PD. وتشمل المجموعات الرئيسية الثدييات، مثل القوارض والرئيسيات والخنازير الصغيرة والكلاب والقطط، ومجموعات أخرى مثل ذبابة الفاكهة وأسماك الزرد. القوارض هي النموذج الحيواني الأكثر كلاسيكية ل PD والأكثر استخداما بسبب سهولة التعامل معها وصيانتها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن آليات التشريح والآليات الجزيئية والخلوية والدوائية ل PD متشابهة في القوارض ^{والبشر15}.

قامت مراجعة نشرها كين وزملاؤه في عام 2019 بتحليل منهجيات النموذج الحيواني الرئيسية المستخدمة في PD في 2000s ووجدت أن النموذج الحيواني الأكثر استخداما ينطوي على السموم العصبية مثل 6-hydroxydopamine (6-OHDA) و 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP). تسبب كل من السموم العصبية خلل تنظيم الميتوكوندريا في الخلايا العصبية الدوبامينية في المسار الزنجي ، مما يؤدي إلى موت ^{الخلايا16}. وهناك نموذج آخر يستخدم على نطاق واسع ينطوي على التلاعب الجيني من خلال طفرة في جينات محددة تشارك في ظهور مرض باركنسوندريا، مما يسبب خلل تنظيم الميتوكوندريا17. تستخدم نماذج السموم العصبية بشكل شائع لتقييم ومقارنة العلاجات ، في حين تستخدم النماذج الجينية لدراسة تطوير العلاجات الوقائية و ^PD15 مجهول السبب.

تم اكتشاف السم العصبي MPTP ليسبب باركنسون في منتصف 1980s بعد أن استخدم سبعة مرضى المادة وأظهرت أعراض PD شديدة. بالإضافة إلى الأعراض ، استجاب المرضى للعلاج باستخدام L-DOPA ، مما جعل الباحثين يربطون الجزيء مباشرة ب PD. بعد نشر الحالة في عام 1986 ، بدأ العديد من الباحثين في استخدام MPTP في أبحاث PD قبل السريرية ¹⁸. وجد الباحثون أنه كونه جزيئا محبة للدهون ، يمكن ل MPTP عبور الحاجز الدموي الدماغي (BBB) وتحويله إلى MPP ^{+ 19}. تتراكم هذه المادة السامة داخل الخلايا العصبية وتسبب أضرارا للمجمع 1 من السلسلة التنفسية للميتوكوندريا ، مما يؤدي إلى وفاة الخلايا العصبية ^{الدوبامينية20}.

تم استخدام نموذج السموم العصبية 6-OHDA لأول مرة للحث على انحطاط الخلايا العصبية أحادية الأمين في المسار nigrostriatal في عام ¹⁹⁶⁸²¹. يستخدم نموذج 6-OHDA بشكل شائع للتسبب في التنكس العصبي في المسار nigrostriatal لأنه تناظري الدوبامين وسام للخلايا المحتوية على الكاتيكولامين. بعد دخول 6-OHDA إلى الدماغ ، قد يتم تناوله بواسطة ناقل الدوبامين (DAT) في الخلايا العصبية الدوبامينية ، مما يؤدي إلى انحطاط المسار nigrostriatal22. نظرا لأن 6-OHDA لا يخترق BBB ، فيجب إعطاؤه مباشرة من خلال الحقن المجسمة داخل المخ ²³. غالبا ما يتم الجمع بين مثبط امتصاص النورادرينالين والحقن المجهري 6-OHDA للحفاظ على ألياف النورادرينالية وتوفير تنكس أكثر انتقائية للخلايا العصبية الدوبامينية24.

بعد أن يأخذ DAT 6-OHDA ، سوف يتراكم في سيتوسول الخلايا العصبية ، مما ينتج عنه أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ويؤدي إلى موت الخلايا ¹⁵. وكثيرا ما تستخدم ثلاثة نماذج مختلفة من الآفات من 6-OHDA: أ) الآفات إلى ^SNc25,26; ب) آفات في المخطط ^27،28 ؛ ج) الآفات إلى ^MFB29,30. الآفات الناجمة في المخطط تؤدي إلى تنكس بطيء ورجعي للخلايا العصبية الدوبامينية في SNpc. وعلى النقيض من ذلك، تؤدي الآفات الناجمة في SNpc وMFB إلى انحطاط سريع وكامل للخلايا العصبية، مما يؤدي إلى أعراض باركنسون أكثر ^تقدما31.

الحقن الأحادي أو الثنائي ل 6-OHDA يمكن أن يسبب التنكس العصبي في الخلايا العصبية الدوبامينية. 6-OHDA لا يسبب دائما أضرارا جسيمة للخلايا العصبية. في بعض الأحيان ، يؤدي الحقن إلى تلف جزئي ، والذي يستخدم أيضا لمحاكاة المراحل المبكرة من ^PD32. يستخدم الحقن من جانب واحد بشكل أكثر شيوعا بسبب قدرة النموذج على تقييم العجز الحركي للحيوان والتنبؤ بفقدان الخلايا من خلال اختبارات مثل الدوران الناجم عن الأمفيتامين / الأبومورفين واختبار ^{الخطوة29}. تستخدم الحقن الثنائية بشكل أكبر لتقييم الذاكرة المكانية ^{والإدراك33}.

اختبار الدوران الناجم عن الأمفيتامين/الأبومورفين هو اختبار سلوكي يستخدم عادة للتنبؤ بفقدان الخلايا في المسار الزنجي. يتم تعريفه على أنه عملية تؤدي فيها الإدارة المتكررة لناهضات الدوبامين إلى تكثيف السلوك الدوراني في الحيوانات المصابة ب ^6-OHDA34. يتكون السلوك الدوراني من تحديد مقدار الدوران الجانبي الناجم عن الأمفيتامين أو المنعطفات المعاكسة التي يسببها الأبومورفين في القوارض المصابة من جانب واحد. تم انتقاد السلوك الدوراني الناجم عن المخدرات لأن الدوران لا يتوافق مع أعراض PD لدى البشر ويمكن أن يتأثر بمتغيرات مثل التسامح والتوعية و “التحضير”³⁵.

التمهيد هو واحد من أهم العوامل في هذه الاختبارات السلوكية. تم الإبلاغ عن بعض الحالات التي أدت فيها جرعة واحدة من L-DOPA إلى فشل في السلوكيات ^{الدورانية36}. وبالإضافة إلى ذلك، هناك عامل حاسم آخر يتصل بالتطبيق المشترك للاختبار الناجم عن الأمفيتامين والاختبار الناجم عن الأبومورفين للاستخدام المتوازي وهو أنهما يقيسان نقاط نهاية مختلفة بسبب آليات العمل المختلفة، مما يعكس تعطيل آليات ومسارات مختلفة للتشوير. وعلاوة على ذلك، فإن الاختبار الناجم عن الأمفيتامين أكثر دقة لقياس الآفات النجمية فوق 50-60 في المائة، في حين أن الاختبار الناجم عن الأبوكومورفين أكثر دقة بالنسبة للآفات التي تزيد عن 80 في المائة ³⁷.

ظهر اختبار الخطوة كاختبار سلوكي يشير إلى العجز المرتبط بتنكس الخلايا العصبية الدوبامينية والآثار العلاجية. وهو يتيح تحليل akinesia الناجمة عن آفة 6-OHDA في الخلايا العصبية الدوبامين دون إجراء يسببه الدواء. وعلاوة على ذلك، فإن الاختبار راسخ وشائع الاستخدام منذ عام 1995، عندما وصفه أولسون وآخرون لأول مرة(³⁵). في عام 1999 ، قام Chang et ^al.38 أيضا بتحليل ومقارنة أداء الفئران في اختبار الخطوة مع مستوى التنكس الناجم عن 6-OHDA ووجدوا أن الحيوانات التي كان أداؤها أسوأ في اختبار الخطوة كان لديها أيضا انحطاط أكثر أهمية من الخلايا العصبية الدوبامينية.

اختبار التخطي هو طريقة ممتازة للتنبؤ بالضرر النغروي الحاد للدوبامين في الفئران المصابة ب 6-OHDA. تشير الأدلة إلى أن العجز الحركي يظهر في الطرف الأمامي المقابل لضخ 6-OHDA أثناء اختبار الخطوة عندما تكون درجة فقدان الدوبامين في SNc >90٪ ³⁹. تصف هذه الورقة البروتوكولات والمنهجيات والمواد المستخدمة لإجراء الجراحة المجسمة للضخ الأحادي الجانب ل 6-OHDA في MFB من الفئران وكيفية التنبؤ بآفات الدوبامين التي يسببها السم من خلال اختبار الخطوة.