6-гидроксидофаминовая крысиная модель болезни Паркинсона

Основными нейропатологическими характеристиками БП являются хроническая прогрессирующая нейродегенерация дофаминергических нейронов в черной субстанции pars compacta (SNc) и наличие телец Леви, содержащих α-синуклеиновый ^белок1. Поскольку дофаминергические нейроны SNc проецируют свои аксоны в полосатое тело через нигростриатальный путь, нейродегенерация нейронов в SNc приводит к дофаминергическому дефициту в полосатом ^теле2. Отсутствие дофамина в полосатом теле вызывает дисбаланс в деятельности прямых и непрямых двигательных контрольных путей, что отвечает за основные двигательные симптомы БП: акинезию (медленное движение), брадикинезию (затруднение стартовых движений), жесткость мышц, тремор в состоянии ^{покоя3,4,5}.

Поскольку молекулярные и физиологические механизмы, участвующие в возникновении БП, все еще не полностью поняты, в настоящее время доступные основные методы лечения направлены на облегчение двигательных симптомов с помощью фармакотерапии, глубокой стимуляции ^{мозга6,7}, генетической ^{терапии8} и трансплантации ^{клеток9}. Таким образом, доклинические исследования имеют основополагающее значение для выяснения механизмов, участвующих в возникновении БП, и открытия новых методологий ранней диагностики и новых методов лечения для предотвращения или остановки дегенерации нейронов, пораженных ^PD10.

Животные модели широко использовались для моделирования патологии человека в лаборатории, способствуя развитию медицины и науки11,12,13,14. Тем не менее, важно подчеркнуть, что правильный выбор животной модели имеет основополагающее значение для успеха исследования. Поэтому животная модель должна быть валидирована в трех основных аспектах: i) валидность лица, при которой животная модель должна обладать характеристиками патологии человека; ii) конструктивная обоснованность, при которой животная модель должна иметь прочную теоретическую основу; и iii) прогностическая валидность, при которой животные модели должны реагировать на лечение аналогично клиническому лечению.

В настоящее время несколько животных используются в качестве животных моделей для БП. Основные группы включают млекопитающих, таких как грызуны, приматы, минипиги, собаки и кошки, а также другие группы, такие как дрозофилы и рыбки данио. Грызуны являются наиболее классической моделью животных для БП и наиболее используемой из-за их простоты обращения и обслуживания. Кроме того, анатомия и молекулярные, клеточные и фармакологические механизмы БП схожи у грызунов и ^{человека15}.

В обзоре, опубликованном Кином и его коллегами в 2019 году, были проанализированы основные методологии моделирования животных, используемые для БП в 2000-х годах, и было обнаружено, что наиболее используемая животная модель включала нейротоксины, такие как 6-гидроксидофамин (6-OHDA) и 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин (MPTP). Оба нейротоксина вызывают митохондриальную дисрегуляцию в дофаминергических нейронах в нигростриатальном пути, что приводит к гибели ^{клеток16}. Другая широко используемая модель включает генетические манипуляции посредством мутации в определенных генах, участвующих в возникновении БП, вызывая митохондриальную дисрегуляцию17. Модели нейротоксинов обычно используются для оценки и сравнения терапевтических средств, тогда как генетические модели используются для изучения разработки профилактической терапии и идиопатического ^PD15.

Нейротоксин MPTP был обнаружен вызывающим паркинсонизм в середине 1980-х годов после того, как семь пациентов использовали вещество и проявляли тяжелые симптомы БП. В дополнение к симптомам, пациенты ответили на лечение L-DOPA, что заставило исследователей связать молекулу непосредственно с БП. После того, как случай был опубликован в 1986 году, несколько исследователей начали использовать MPTP в доклинических исследованиях ^PD18. Исследователи обнаружили, что, будучи липофильной молекулой, MPTP может пересекать гематоэнцефалический барьер (BBB) и преобразовываться в MPP ^{+ 19}. Это токсичное вещество накапливается внутри нейронов и вызывает повреждение комплекса 1 митохондриальной дыхательной цепи, что приводит к гибели дофаминергических ^{нейронов20}.

Модель нейротоксина 6-OHDA была впервые использована для индуцирования дегенерации моноаминовых нейронов нигростриатального пути в ^{196821 году}. Модель 6-OHDA обычно используется для вызова нейродегенерации в нигростриатальном пути, поскольку она является аналогом дофамина и токсична для клеток, содержащих катехоламин. После того, как 6-OHDA попадает в мозг, он может быть поглощен транспортером дофамина (DAT) в дофаминергических нейронах, что приводит к дегенерации нигростриатального ^пути22. Поскольку 6-OHDA не проникает в ГЭБ, его необходимо вводить непосредственно через внутримозговую стереотаксическую ^{инъекцию23}. Ингибитор обратного захвата норадреналина часто сочетают с микроинъекцией 6-OHDA для сохранения норадренергических волокон и обеспечения более селективной дегенерации дофаминергических ^{нейронов24}.

После того, как DAT поглощает 6-OHDA, он будет накапливаться в цитозоле нейронов, производя активные формы кислорода (АФК) и приводя к гибели ^{клеток15}. Часто используются три различные модели поражений 6-OHDA: i) поражения ^SNc25,26; ii) поражения полосатого ^{тела27,28}; iii) поражения ^MFB29,30. Поражения, вызванные в полосатом теле, приводят к медленной и ретроградной дегенерации дофаминергических нейронов в SNpc. Напротив, поражения, вызванные SNpc и MFB, приводят к быстрой и полной дегенерации нейронов, что приводит к более продвинутым симптомам ^{паркинсонизма31}.

Односторонняя или двусторонняя инъекция 6-OHDA может вызвать нейродегенерацию в дофаминергических нейронах. 6-OHDA не всегда вызывает серьезные повреждения нейронов; иногда инъекция приводит к частичному повреждению, которое также используется для моделирования ранних стадий ^PD32. Односторонняя инъекция чаще используется из-за способности модели оценивать двигательный дефицит животного и прогнозировать потерю клеток с помощью таких тестов, как вращение, вызванное амфетамином / апоморфином, и ступенчатый ^тест29. Двусторонние инъекции чаще всего используются для оценки пространственной памяти и ^{распознавания33}.

Тест вращения, индуцированный амфетамином / апоморфином, является поведенческим тестом, обычно используемым для прогнозирования потери клеток в нигростриатальном пути. Он определяется как процесс, при котором повторное введение агонистов дофамина приводит к интенсификации ротационного поведения у 6-OHDA-пораженных ^{животных34}. Ротационное поведение состоит из количественной оценки индуцированного амфетамином ипсилатерального вращения или контралатеральных поворотов, вызванных апоморфином, у односторонне пораженных грызунов. Вызванное наркотиками ротационное поведение подверглось критике, потому что ротация не соответствует симптомам БП у людей и может зависеть от таких переменных, как толерантность, сенсибилизация и «прайминг»³⁵.

Прайминг является одним из наиболее важных факторов в этих поведенческих тестах. Сообщалось о некоторых случаях, когда однократная доза L-DOPA приводила к сбою в ротационном ^{поведении36}. Кроме того, еще одним критическим фактором, связанным с комбинированным применением теста, индуцированного амфетамином, и теста, индуцированного апоморфином, для параллельного использования является то, что они измеряют различные конечные точки из-за различных механизмов действия, отражающих инактивацию различных сигнальных механизмов и путей. Кроме того, тест, индуцированный амфетамином, более точен для измерения нигростриатальных поражений выше 50-60%, тогда как тест, индуцированный апоморфином, более точен для поражений выше 80% ³⁷.

Степпинг-тест появился как поведенческий тест, который указывает на дефицит, связанный с дегенерацией дофаминергических нейронов и терапевтическими эффектами. Это позволяет анализировать акинезию, вызванную поражением 6-OHDA в дофаминергических нейронах без процедуры, вызванной лекарственными средствами. Кроме того, тест был хорошо известен и широко используется с 1995 года, когда он был впервые описан Olsson et ^al.35. В 1999 году Chang et ^al.38 также проанализировали и сравнили производительность крыс в ступенчатом тесте с уровнем дегенерации, вызванной 6-OHDA, и обнаружили, что животные, которые показали худшие результаты в ступенчатом тесте, также имели более значительную дегенерацию дофаминергических нейронов.

Степпинг-тест является отличным методом для прогнозирования тяжелого дофаминергического нигростриатального повреждения у крыс с поражением 6 OHDA. Данные свидетельствуют о том, что двигательный дефицит появляется в контралатеральной передней части инфузии 6-OHDA во время степпинг-теста, когда степень дофаминергической потери в SNc составляет >90%³⁹. В этой статье описываются протоколы, методологии и материалы, используемые для выполнения стереотаксической хирургии для односторонней инфузии 6-OHDA в MFB крыс, и как предсказать дофаминергические поражения, вызванные токсином, с помощью ступенчатого теста.