فحص الأدوية ذات الجزيئات الصغيرة عالية الإنتاجية لاضطرابات النوم المرتبطة بالعمر باستخدام ذبابة الفاكهة الميلانية

يتميز النوم ، وهو أحد السلوكيات الأساسية الضرورية لبقاء الإنسان ، بحالتين رئيسيتين: نوم حركة العين السريعة (REM) ونوم حركة العين غير السريعة (NREM)¹. يتكون نوم حركة العين غير السريعة من ثلاث مراحل: N1 (الانتقال بين اليقظة والنوم) ، N2 (النوم الخفيف) ، و N3 (النوم العميق ، نوم الموجة البطيئة) ، مما يمثل التقدم من اليقظة إلى النوم العميق¹. يلعب النوم دورا حاسما في كل من الصحة البدنية والعقلية². ومع ذلك ، فإن الشيخوخة تقلل من إجمالي مدة النوم ، وكفاءة النوم ، ونسبة نوم الموجة البطيئة ، ونسبة نوم حركة العين السريعة لدى البالغين³. يميل الأفراد الأكبر سنا إلى قضاء المزيد من الوقت في النوم الخفيف مقارنة بنوم الموجة البطيئة ، مما يجعلهم أكثر حساسية للاستيقاظ الليلي. مع زيادة عدد الاستيقاظ ، ينخفض متوسط وقت النوم ، مما يؤدي إلى نمط نوم مجزأ لدى كبار السن ، والذي قد يترافق مع الإثارة المفرطة للخلايا العصبية Hcrt في الفئران⁴. بالإضافة إلى ذلك ، تساهم الانخفاضات المرتبطة بالعمر في آليات الساعة البيولوجية في حدوث تحول مبكر في مدة النوم ^5,6. بالاقتران مع المرض الجسدي ، والإجهاد النفسي ، والعوامل البيئية ، واستخدام الأدوية ، فإن هذه العوامل تجعل كبار السن أكثر عرضة لاضطرابات النوم ، مثل الأرق ، واضطراب سلوك نوم حركة العين السريعة ، والخدار ، وحركات الساق الدورية ، ومتلازمة تململ الساقين ، والتنفس المضطرب أثناء النوم ^7,8.

أظهرت الدراسات الوبائية أن اضطرابات النوم ترتبط ارتباطا وثيقا بالأمراض المزمنة لدى كبار السن⁹ ، بما في ذلك الاكتئاب¹⁰ وأمراض القلب والأوعية الدموية 11 والخرف¹². تلعب معالجة اضطرابات النوم دورا حاسما في تحسين وعلاج الأمراض المزمنة وتحسين نوعية الحياة لكبار السن. حاليا ، يعتمد المرضى بشكل أساسي على الأدوية مثل البنزوديازيبينات ، غير البنزوديازيبينات ، ومنبهات مستقبلات الميلاتونين لتحسين نوعية النوم¹³. ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي البنزوديازيبينات إلى خفض تنظيم المستقبلات والاعتماد عليها بعد الاستخدام طويل الأمد ، مما يسبب أعراض انسحاب شديدة عند التوقف^14,15. تحمل الأدوية غير البنزوديازيبين أيضا مخاطر ، بما في ذلك الخرف¹⁶ والكسور¹⁷ والسرطان¹⁸. ناهض مستقبلات الميلاتونين شائع الاستخدام ، راميلتيون ، يقلل من زمن النوم ولكنه لا يزيد من مدة النوم ولديه مخاوف متعلقة بوظائف الكبد بسبب التخلص المكثف من المرور الأول¹⁹. أغوميلاتين ، ناهض مستقبلات الميلاتونين ومضاد مستقبلات السيروتونين ، يحسن الأرق المرتبط بالاكتئاب ولكنه يشكل أيضا خطر تلف الكبد²⁰. وبالتالي ، هناك حاجة ملحة لأدوية أكثر أمانا لعلاج أو تخفيف اضطرابات النوم. ومع ذلك ، فإن استراتيجيات فحص الأدوية الحالية ، القائمة على التجارب الجزيئية والخلوية جنبا إلى جنب مع الأنظمة الآلية وتحليل الكمبيوتر ، باهظة الثمن وتستغرق وقتا^{طويلا 21}. تتطلب استراتيجيات تصميم الأدوية القائمة على الهيكل ، والتي تعتمد على بنية المستقبلات وخصائصها ، فهما واضحا لهيكل المستقبلات ثلاثي الأبعاد وتفتقر إلى القدرات التنبؤية لتأثيرات الأدوية²².

في عام 2000 ، بناء على معايير النوم التي اقترحها كامبل وتوبلر في عام 1984 23 ، أنشأ الباحثون نماذج حيوانية بسيطة لدراسة النوم 24 ، بما في ذلك ذبابة الفاكهة الميلانوجاستر ، التي أظهرت حالات شبيهة بالنوم^25,26. على الرغم من الاختلافات التشريحية بين ذبابة الفاكهة والبشر ، يتم الحفاظ على العديد من المكونات الكيميائية العصبية ومسارات الإشارات التي تنظم النوم في ذبابة الفاكهة في نوم الثدييات ، مما يسهل دراسة الأمراض العصبية البشرية^27،28. يستخدم ذبابة الفاكهة أيضا على نطاق واسع في دراسات إيقاع الساعة البيولوجية ، على الرغم من الاختلافات في المذبذبات الأساسية بين الذباب والثدييات²⁹،^30،31. لذلك ، تعمل ذبابة الفاكهة ككائن نموذجي قيم لدراسة سلوك النوم وإجراء فحص المخدرات المرتبط بالنوم.

تقترح هذه الدراسة نهجا فعالا من حيث التكلفة وبسيطا قائما على النمط الظاهري لفحص الأدوية ذات الجزيئات الصغيرة لعلاج اضطرابات النوم باستخدام الذباب المسن. يتم الحفاظ على تنظيم النوم في ذبابة الفاكهة ^{بشكل كبير 25} ، ويمكن عكس الانخفاض في النوم الذي لوحظ مع تقدم العمر من خلال إدارة الدواء. وبالتالي ، فإن طريقة الفحص القائمة على النمط الظاهري للنوم يمكن أن تعكس بشكل حدسي فعالية الدواء. نقوم بإطعام الذباب بمزيج من الدواء قيد التحقيق والطعام ، ومراقبة وتسجيل سلوك النوم باستخدام مراقب نشاط ذبابة الفاكهة (DAM)³² ، وتحليل البيانات المكتسبة باستخدام حزمة بيانات SCAMP2020 مفتوحة المصدر في MATLAB (الشكل 1). يتم إجراء التحليل الإحصائي باستخدام برامج الإحصاء والرسوم البيانية (انظر جدول المواد). على سبيل المثال ، نثبت فعالية هذا البروتوكول من خلال تقديم بيانات تجريبية عن Reserpine ، وهو مثبط جزيء صغير للناقل أحادي الأمين الحويصلي الذي تم الإبلاغ عنه لزيادة النوم³³. يوفر هذا البروتوكول نهجا قيما لتحديد الأدوية لعلاج مشاكل النوم المرتبطة بالعمر.