מודל עכברוש 6-הידרוקסידופמין של מחלת פרקינסון

המאפיינים הנוירופתולוגיים העיקריים של PD הם ניוון עצבי פרוגרסיבי כרוני של נוירונים דופאמין בסובסטנציה ניגרה pars compacta (SNc) ואת נוכחותם של גופים לוי המכילים חלבון α-סינוקלאין1. כמו נוירונים דופאמין SNc להקרין האקסונים שלהם לתוך הסטריאטום דרך המסלול nigrostriatal, ניוון עצבי של נוירונים ב SNc גורם גירעון דופאמין בסטריאטום2. היעדר דופמין בסטריאטום גורם לחוסר איזון בפעילותם של מסלולי הבקרה המוטורית הישירים והעקיפים, האחראים על הסימפטומים המוטוריים העיקריים של PD: אקנזיה (תנועה איטית), ברדיקינזיה (קושי בהתחלת תנועות), נוקשות שרירים ורעד במנוחה ^3,4,5.

כמו המנגנונים המולקולריים והפיזיולוגיים המעורבים בהתפרצות של PD עדיין לא מובנים במלואם, טיפולים עיקריים זמינים כיום מבקשים להקל על הסימפטומים המוטוריים באמצעות פרמקותרפיות, גירוי מוחי ^עמוק6,7, טיפולים ^{גנטיים8}, השתלת ^תאים9. לכן, מחקר פרה קליני הוא בסיסי כדי להבהיר את המנגנונים המעורבים בהופעת PD ולגלות מתודולוגיות חדשות לאבחון מוקדם וטיפולים חדשים כדי למנוע או לעצור את ניוון של נוירונים מושפעים ^PD10.

מודלים של בעלי חיים שימשו באופן נרחב כדי לדמות פתולוגיה אנושית במעבדה, ותורמים לקידום הרפואה והמדע11,12,13,14^. עם זאת, חשוב להדגיש כי הבחירה הנכונה של המודל החייתי היא בסיסית להצלחת המחקר. לכן, המודל החייתי חייב להיות מאומת בשלושה היבטים עיקריים: i) תוקף הפנים, שבו המודל החייתי חייב להיות בעל המאפיינים של הפתולוגיה האנושית; ii) תוקף קונסטרוקטיבי, שבו למודל החי חייב להיות בסיס תיאורטי מוצק; ו-iii) תוקף חזוי, שבו מודלים של בעלי חיים חייבים להגיב לטיפולים באופן דומה לטיפול קליני.

נכון לעכשיו, מספר בעלי חיים משמשים כמודלים בעלי חיים עבור PD. הקבוצות העיקריות כוללות יונקים, כגון מכרסמים, פרימטים, מיניפיגים, כלבים וחתולים, וקבוצות אחרות כגון דרוזופילה ודגי זברה. מכרסמים הם המודל החייתי הקלאסי ביותר עבור PD ואת הנפוץ ביותר בשל קלות הטיפול והתחזוקה שלהם. בנוסף, האנטומיה והמנגנונים המולקולריים, התאיים והפרמקולוגיים של PD דומים במכרסמים ובבני ^אדם15.

סקירה שפורסמה על ידי Kin ועמיתיו בשנת 2019 ניתחה את המתודולוגיות העיקריות של מודל בעלי חיים ששימשו ל- PD בשנות ה -2000 ומצאה כי המודל החייתי הנפוץ ביותר כלל רעלנים עצביים כגון 6-הידרוקסידופאמין (6-OHDA) ו 1-מתיל-4-פניל-1,2,3,6-טטרהידרופירידין (MPTP). שני neurotoxins לגרום dysregulation מיטוכונדריאלי בתאי עצב דופאמין במסלול nigrostriatal, המוביל למוות ^תאים16. מודל נפוץ נוסף כרוך במניפולציה גנטית באמצעות מוטציה בגנים ספציפיים המעורבים בהתפרצות של PD, גרימת dysregulation mitochondrial17. מודלים Neurotoxin משמשים בדרך כלל כדי להעריך ולהשוות טיפולית, ואילו מודלים גנטיים משמשים כדי ללמוד את הפיתוח של טיפולים מונעים ^PD15 אידיופתי.

MPTP neurotoxin התגלה כגורם לפרקינסון באמצע שנות השמונים לאחר ששבעה חולים השתמשו בחומר והפגינו תסמיני PD חמורים. בנוסף לתסמינים, המטופלים הגיבו לטיפול בסדר גמור, מה שגרם לחוקרים לקשר את המולקולה ישירות ל- PD. לאחר שהמקרה פורסם בשנת 1986, מספר חוקרים החלו להשתמש ב- MPTP במחקר PD פרה-קליני18. חוקרים מצאו כי בהיותה מולקולה ליפופילית, MPTP יכול לחצות את מחסום הדם – מוח (BBB) ולהומר ל- MPP ⁺¹⁹. חומר רעיל זה מצטבר בתוך נוירונים וגורם נזק מורכב 1 של שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלי, המוביל למוות של נוירונים ^{דופאמין20}.

מודל הנוירוטוקסין 6-OHDA שימש לראשונה כדי לגרום לניוון של נוירונים מונואמין של המסלול nigrostriatal בשנת ¹⁹⁶⁸²¹. מודל 6-OHDA משמש בדרך כלל כדי לגרום ניוון עצבי במסלול nigrostriatal כפי שהוא דופמין אנלוגי רעיל עבור תאים המכילים קטכולאמין. לאחר 6-OHDA נכנס למוח, זה עשוי להילקח על ידי טרנספורטר דופמין (DAT) נוירונים דופאמין, המוביל ניוון של מסלול nigrostriatal22. מכיוון ש-6-OHDA אינו חודר ל-BBB, יש לתת אותו ישירות באמצעות הזרקה סטריאוטקית תוך-מוחית23. מעכב ספיגה חוזרת של נוראדרנלין משולב לעתים קרובות עם microinjection 6-OHDA כדי לשמר סיבים noradrenergic ולספק ניוון סלקטיבי יותר של נוירונים ^{דופאמין24}.

לאחר DAT תופס 6-OHDA, זה יצטבר בציטוסול של נוירונים, לייצר מינים חמצן תגובתי (ROS) ומוביל למוות ^תאים15. שלושה דגמי נגעים שונים של 6-OHDA משמשים לעתים קרובות: i) נגעים ^SNc25,26; ii) נגעים לסטריאטום27,28; ג. נגעים ל- ^MFB29,30. נגעים הנגרמים בסטריאטום גורמים לניוון איטי ומדרדר של נוירונים דופאמין ב- SNpc. לעומת זאת, נגעים הנגרמים ב- SNpc ו- MFB גורמים לניוון מהיר ומוחלט של נוירונים, מה שמוביל לתסמינים פרקינסון מתקדמים ^יותר31.

הזרקה חד-צדדית או דו-צדדית של 6-OHDA יכולה לגרום לניוון עצבי בתאי עצב דופאמין. 6-OHDA לא תמיד לגרום נזק חמור לנוירונים; לפעמים, ההזרקה גורמת לנזק חלקי, אשר משמש גם כדי לדמות את השלבים המוקדמים של ^PD32. ההזרקה החד-צדדית משמשת בדרך כלל בשל יכולתו של המודל להעריך את הליקויים המוטוריים של החיה ולחזות אובדן תאים באמצעות בדיקות כגון סיבוב המושרה באמפטמין/אפומורפין ומבחן ^הצעד29. זריקות דו-צדדיות משמשות ביותר להערכת זיכרון מרחבי ^{וזיהוי33}.

מבחן הסיבוב המושרה אמפטמין/אפומורפין הוא מבחן התנהגותי נפוץ לחזות אובדן תאים במסלול nigrostriatal. זה מוגדר כתהליך שבו ניהול חוזר ונשנה של אגוניסטים דופמין מוביל התעצמות של התנהגות סיבובית בבעלי חיים 6-OHDA-נגע34. התנהגות סיבובית מורכבת מכמת סיבוב סיבובי איפסילטרלי המושרה באמפטמין או מפניות קונטרלטרליות הנגרמות על ידי אפומורפין במכרסמים בעלי נגע חד-צדדי. התנהגות סיבובית הנגרמת על ידי סמים זכתה לביקורת מכיוון שהסבב אינו תואם לתסמיני PD בבני אדם ויכול להיות מושפע ממשתנים כגון סובלנות, רגישות ו”פרימינג”³⁵.

פרימינג הוא אחד הגורמים הקריטיים ביותר במבחנים התנהגותיים אלה. כמה מקרים דווחו שבהם מנה אחת של בסדר גמור הובילה לכישלון בהתנהגויות ^{סיבוביות36}. בנוסף, גורם קריטי נוסף הקשור ליישום המשולב של הבדיקה המושרה אמפטמין ובדיקה הנגרמת על ידי אפומורפין לשימוש מקבילי הוא שהם מודדים נקודות קצה שונות בגלל מנגנוני פעולה שונים, המשקפים את ההשבתה של מנגנוני איתות ומסלולים שונים. יתר על כן, הבדיקה המושרה אמפטמין הוא מדויק יותר למדוד נגעים nigrostriatal מעל 50-60%, ואילו הבדיקה הנגרמת על ידי אפומורפין מדויקת יותר עבור נגעים מעל 80%³⁷.

מבחן הצעדים התגלה כמבחן התנהגותי המצביע על ליקויים הקשורים ניוון נוירון דופאמין והשפעות טיפוליות. זה מאפשר ניתוח של אקנזיה הנגרמת על ידי נגע 6-OHDA בתאי עצב דופאמין ללא הליך הנגרמת על ידי סמים. יתר על כן, הבדיקה הוקמה היטב ובדרך כלל בשימוש מאז 1995, כאשר היא תוארה לראשונה על ידי Olsson et ^al.35. בשנת 1999, צ’אנג ואח ‘ ³⁸ גם ניתח והשווה את הביצועים של חולדות במבחן הצעד עם רמת ניוון שנגרם על ידי 6-OHDA ומצא כי בעלי חיים שביצעו גרוע יותר במבחן הצעדה היה גם ניוון משמעותי יותר של נוירונים דופאמין.

מבחן הצעדה הוא שיטה מצוינת לחזות נזק nigrostriatal דופאמין חמור בחולדות נגע 6-OHDA. הראיות מצביעות על כך שהגירעונות המוטוריים מופיעים בקדמת הבמה הנגדית של עירוי 6-OHDA במהלך מבחן הצעדה כאשר מידת האובדן הדופאמין ב- SNc היא >90%³⁹. מאמר זה מתאר את הפרוטוקולים, המתודולוגיות והחומרים המשמשים לביצוע ניתוח סטריאוטקסי לעירוי חד-צדדי של 6-OHDA ל- MFB של חולדות וכיצד לחזות את הנגעים הדופאמין הנגרמים על ידי הרעלן באמצעות מבחן הצעדה.