Η πορεία προς την πρόοδο Προκλινικές μελέτες για νευροεκφυλιστικές ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία: μια προοπτική στα μοντέλα που προέρχονται από τρωκτικά και HiPSC Μέρος 2

Εκτός από τα διαγονιδιακά μοντέλα που αναπτύχθηκαν από μεμονωμένα ακαδημαϊκά εργαστήρια, το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας (NIH) ηγείται επί του παρόντος το έργο Accelerating Medicines Partnership-AD (AMP-AD) Target Discovery and Preclinical Validation Project, το οποίο είναι μια κοινοπραξία πολυθεσμικών και πολυεπιστημονικών επιχορηγήσεων που συλλογικά σκοπεύουν να επισπεύσουν τους αγωγούς ανακάλυψης φαρμάκων για την AD (https://www.nia.nih.gov/research/dn/amp-ad-target-discovery-and-preclinicalvalidation-project).

Με την ταχεία ανάπτυξη της βιοτεχνολογίας, η διαγονιδιακή τεχνολογία έχει σταδιακά εφαρμοστεί στο βιολογικό πεδίο. Η διαγονιδιακή τεχνολογία είναι μια τεχνολογία γενετικής μηχανικής που εισάγει ξένα γονίδια στους οργανισμούς για να τους κάνει να εμφανίζουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Ωστόσο, υπήρξε διαμάχη σχετικά με τη σχέση μεταξύ διαγονιδιακών μοντέλων και μνήμης.

Ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι τα διαγονιδιακά μοντέλα μπορούν να έχουν θετική επίδραση στη μνήμη. Για παράδειγμα, ορισμένα πειράματα διαγονιδιακών ζώων έχουν δείξει ότι αλλάζοντας ορισμένα γονίδια, η ικανότητα μάθησης και η μνήμη των ζώων μπορούν να βελτιωθούν. Αυτά τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η διαγονιδιακή τεχνολογία μπορεί δυνητικά να βελτιώσει την ανθρώπινη γνωστική ικανότητα.

Αν και αυτά τα ερευνητικά αποτελέσματα είναι πολύ ενδιαφέροντα, πρέπει επίσης να είμαστε προσεκτικοί, επειδή τα αποτελέσματα μετά από αυτές τις πειραματικές διαδικασίες δεν είναι αποτέλεσμα ανθρώπινης προώθησης ή βιαστικής εφαρμογής. Πρέπει να διεξαγάγουμε περισσότερη έρευνα σχετικά με αυτήν την τεχνολογία για να κατανοήσουμε τους πιθανούς κινδύνους για το περιβάλλον και τον άνθρωπο και να μετρήσουμε τον πιθανό κοινωνικό αντίκτυπό της. Ταυτόχρονα, πρέπει επίσης να παραδεχτούμε ότι η βελτίωση της μνήμης δεν βασίζεται μόνο στα γονίδια αλλά και στη σωματική υγεία και οι υγιεινές συνήθειες ζωής μπορούν να επιτύχουν μια καλή κατάσταση μνήμης μέσω φυσιολογικών καναλιών.

Εν ολίγοις, θα πρέπει να προσβλέπουμε στις θετικές πτυχές της διαγονιδιακής τεχνολογίας και να τη ρυθμίζουμε και να την αξιολογούμε σωστά. Μέσω της ορθολογικής χρήσης της διαγονιδιακής τεχνολογίας, ενδέχεται να αλλάξουμε το γονιδίωμά μας, το οποίο θα μας βοηθήσει να λύσουμε ορισμένα ιατρικά και περιβαλλοντικά προβλήματα ενώ θα προωθήσουμε την ανθρώπινη πρόοδο σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της βελτίωσης της μνήμης. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη επειδή έχει αντιοξειδωτικά, αντιφλεγμονώδη και αντιγηραντικά αποτελέσματα, τα οποία μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση της οξείδωσης και των φλεγμονωδών αντιδράσεων στον εγκέφαλο, προστατεύοντας έτσι την υγεία του νευρικό σύστημα. Επιπλέον, το Cistanche μπορεί επίσης να προωθήσει την ανάπτυξη και την επισκευή των νευρικών κυττάρων, ενισχύοντας έτσι τη συνδεσιμότητα και τη λειτουργία των νευρωνικών δικτύων. Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση της μνήμης, της ικανότητας μάθησης και της ταχύτητας σκέψης και μπορούν επίσης να αποτρέψουν την εμφάνιση γνωστικής δυσλειτουργίας και νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Κάντε κλικ στο Μάθετε τρόπους για να βελτιώσετε τη λειτουργία του εγκεφάλου

Ιδιαίτερα σχετικός με αυτήν την ανασκόπηση είναι ο βραχίονας της AMP-AD, που ονομάζεται πρωτοβουλία για την ανάπτυξη και αξιολόγηση του μοντέλου οργανισμού για το LOAD (MODEL-AD). Το MODEL-AD στοχεύει να δημιουργήσει νέες διαγονιδιακές σειρές ποντικών που μοντελοποιούν με ακρίβεια φαινοτύπους AD και χρησιμεύουν ως βελτιωμένη πλατφόρμα για τη γραμμή ανάπτυξης φαρμάκων και πιο μεταφράσιμα και βιολογικά σχετικά μοντέλα για προκλινική επικύρωση DMT.

Η πρωτοβουλία MODEL-AD αποτελείται από το Κέντρο της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα, το Εργαστήριο Τζάκσον, την Sage Bionetworks, τη Σχολή Ιατρικής του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ και ένα κέντρο στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Irvine.

Μαζί, αυτή η κοινοπραξία σκοπεύει να δημιουργήσει την επόμενη γενιά μοντέλων AD in vivo βασισμένα σε ανθρώπινα δεδομένα με αυστηρό και άκρως ελεγχόμενο τρόπο. Με αυτόν τον τρόπο, στοχεύει στην ευθυγράμμιση των παθοφυσιολογικών χαρακτηριστικών των μοντέλων AD με τα αντίστοιχα στάδια της κλινικής νόσου χρησιμοποιώντας μεταφράσιμους βιοδείκτες ως μέσο αύξησης της μεταφρασσιμότητας των προκλινικών ευρημάτων.57

Μέχρι σήμερα, έχουν δημιουργηθεί 54 μοντέλα ποντικιών AD, συμπεριλαμβανομένων ποντικών fAD, APOE, APP, MAPT/tau, καθώς και μοντέλα LOAD που βασίζονται στη συσσώρευση Ab και άλλες παραλλαγές που σχετίζονται με το LOAD (https://www.model-ad.org /strain-table/), τα οποία είναι διαθέσιμα μέσω του JAX/IU/Pitt AD Precision ModelsCenter.

Μοντέλα Χημικών Τοξινών της AD

Εκτός από τα πιο πρόσφατα διαγονιδιακά μοντέλα, τα μοντέλα τρωκτικών AD βασίζονταν ιστορικά στην έκθεση σε τοξικές ενώσεις που προκαλούν εκλεκτικό νευροεκφυλισμό που οδηγεί σε γνωστικές και συμπεριφορικές βλάβες παρόμοιες με αυτές που παρατηρούνται σε ασθενείς με AD.

Ενώ μια ποικιλία μοντέλων έκθεσης σε τοξίνες έχουν χρησιμοποιηθεί στη μελέτη τόσο της AD όσο και της PD, τα μοντέλα AD έχουν αντικατασταθεί σε μεγάλο βαθμό από τα πιο πρόσφατα διαγονιδιακά μοντέλα που συζητήθηκαν παραπάνω.

Τα χημικά βασισμένα μοντέλα της AD προκαλούν παθολογία τύπου AD χρησιμοποιώντας είτε ενώσεις που διαταράσσουν επιλεκτικά και αναστρέψιμα τη δραστηριότητα του χολινεργικού νευρώνα είτε τοξίνες που διαταράσσουν μόνιμα τις διαδικασίες κυτταρικής ομοιόστασης που οδηγούν σε κυτταρικό θάνατο, όπως το οκαδαϊκό οξύ και διάφορες κατηγορίες βαρέων μετάλλων 58 (Πίνακας 2). Αν και αυτά τα μοντέλα παράγουν ορισμένα νευρολογικά και συμπεριφορικά ελλείμματα που μοιάζουν με συμπτώματα AD, συμπεριλαμβανομένης της εξασθενημένης μάθησης και μνήμης, στερούνται σε μεγάλο βαθμό παθολογικές αλλοιώσεις AD (δηλαδή, πλάκες Ab και NFTs).

Ζωικά μοντέλα που εστιάζουν ρητά στη διάσπαση των χολινεργικών νευρώνων βασίζονται στην κάπως ξεπερασμένη πλέον χολινεργική υπόθεση της AD.59 Σε τέτοια μοντέλα, οι ανταγωνιστές των μουσκαρινικών υποδοχέων, για παράδειγμα, η ένωση σκοπολαμίνη, χορηγούνται σε στοχευμένες περιοχές του εγκεφάλου, όπως η HP, για αποκλεισμό ενδογενής δραστηριότητα ακετυλοχολίνης και προκαλούν γνωστικές βλάβες στη μάθηση και τη μνήμη.60

Άλλα μοντέλα χημικής παρέμβασης της AD περιλαμβάνουν την τοπική ή περιφερική χορήγηση νευροτοξινών που οδηγεί σε μη ειδικό θάνατο νευρωνικών κυττάρων61-64 (Πίνακας 2).

Διαγονιδιακά Μοντέλα Π.Δ

Όπως και στην περίπτωση της AD, τα μοντέλα διαγονιδιακών ποντικών της PD επιτρέπουν τη μελέτη των κλινικών χαρακτηριστικών της νόσου που προκαλούνται μέσω χειρισμού γενετικών τόπων που σχετίζονται με μεντελικές μορφές της νόσου, και εκατοντάδες μοναδικές σειρές είναι πλέον διαθέσιμες στο εμπόριο για αγορά.

Όπως η AD, η πλειονότητα των κλινικών περιπτώσεων PD ταξινομούνται ως σποραδικές, με τις κληρονομικές μορφές της νόσου να αντιπροσωπεύουν λιγότερο από το 1% του συνόλου των περιπτώσεων.89 Οι γενετικές αλλοιώσεις στα γονίδια SNCA, LRRK2 και UCH-L1 συνδέονται με αυτοσωματικές επικρατούσες μορφές PD, ενώ οι εναλλαγές στα γονίδια PRKN, PINK1 και DJ-1 σχετίζονται με τις αυτοσωματικές υπολειπόμενες μορφές90 (Πίνακας 1).

Τα δύο γονίδια που στοχεύονται συχνότερα σε μοντέλα διαγονιδιακής PD είναι τα SNCA και LRRK2.91,92 Οι μεταλλάξεις σε αυτά τα γονίδια προκαλούν οικογενειακή PD και σχετίζονται επίσης με τη σποραδική μορφή της PD μέσω GWAS.93

Επιπρόσθετα, ο ρόλος της υπερέκφρασης SNCA σε οικογενείς (περιπτώσεις τριών/διπλασιασμού) και σποραδικής PD έχει εδραιωθεί.94

Μέχρι σήμερα, τα περισσότερα διαγονιδιακά μοντέλα που χειρίζονται το SNCA όχι μόνο εισάγουν τις οικογενείς μεταλλάξεις λανθασμένης λογικής, αλλά χρησιμοποιούν επίσης μια στρατηγική υπερέκφρασης εισάγοντας πολλαπλά αντίγραφα του γονιδίου SNCA του ανθρώπου ή του ποντικιού για να μιμηθούν την αυξημένη παραγωγή α-συνουκλεΐνης (a-syn), είτε μόνα τους είτε σε συνδυασμό, με οικογενειακή μετάλλαξη.95–97

Μια εσφαλμένη μετάλλαξη στο LRRK2 είναι η πιο συχνά αναφερόμενη μετάλλαξη που σχετίζεται με την οικογενή PD,98 και έχουν δημιουργηθεί αρκετές διαγονιδιακές γραμμές ποντικών με βάση μια ποικιλία γνωστών μεταλλάξεων LRRK2.

Η μετάλλαξη GS2019S, για παράδειγμα, οδηγεί σε μετάλλαξη κέρδους λειτουργίας με ενισχυμένη δραστηριότητα κινάσης.99 Άλλα μοντέλα, όπως οι μεταλλάξεις R1441C/G, T1348N και A2016T, αναφέρουν αλλαγές έκφρασης ή συσσωμάτωσης ina-syn και σε ορισμένες περιπτώσεις, ονομαστικά κινητικά ελλείμματα. Ωστόσο, τα ακριβή ελλείμματα και τα κλινικά χαρακτηριστικά ποικίλλουν σημαντικά μεταξύ των μοντέλων.89,92,100

Εκτός από τα γονίδια SNCA και LRRK2, έχουν δημιουργηθεί πολλές άλλες διαγονιδιακές σειρές στις οποίες στοχεύονται άλλα γονίδια που σχετίζονται με PD (Πίνακας 1). Ενώ πολλά από αυτά τα μοντέλα αλλάζουν επιτυχώς την έκφραση και τη συσσώρευση του a-syn, τα περισσότερα παρουσιάζουν λίγο έως καθόλου νευροεκφυλισμό, και κατά συνέπεια, οι κινητικές λειτουργίες παραμένουν σχετικά άθικτες92 (Πίνακας 1).

Η προσεκτική ανάλυση των συσσωματωμάτων a-syn που παράγονται σε πολλές από αυτές τις διαγονιδιακές σειρές αποκάλυψε περαιτέρω ότι τα εγκλείσματα που σχηματίστηκαν δεν μοιάζουν με τα φυσικά απαντώμενα σώματα Lewy (LBs) που παρατηρούνται σε εγκεφάλους μεταθανάτιου PD, αλλά αντίθετα εμφανίζουν μια μοναδική δομική σύνθεση.101

Η αποτυχία των διαγονιδιακών μοντέλων να αναπαράγουν τόσο τις μοριακές όσο και τις νευροεκφυλιστικές πτυχές της PD είναι πιθανό να οφείλεται σε συνδυασμό πολλών παραγόντων. Ο κυριότερος μεταξύ αυτών των ανησυχιών είναι ότι η φύση και η έκταση της εμπλοκής των γονιδίων που συνδέονται με την οικογένεια και η πιο κοινή σποραδική μορφή της νόσου παραμένει ασαφής, θέτοντας υπό αμφισβήτηση τη συνάφεια των μοντέλων που βασίζονται στον χειρισμό αυτών των γονιδίων στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων PD.

Ένας άλλος περιορισμός είναι ότι τα διαγονιδιακά μοντέλα έχουν ως αποτέλεσμα την υπερέκφραση του διαγονιδίου που δεν μιμείται τα φυσιολογικά επίπεδα και έτσι μπορεί να εισάγει τεχνουργήματα. Επιπλέον, η σποραδική μορφή της νόσου πιθανότατα περιλαμβάνει αλλαγές σε πολλαπλά γονίδια, με την ευαισθησία να επηρεάζεται περαιτέρω από περιβαλλοντικά συστατικά, υποδηλώνοντας ότι τα μονογονικά διαγονιδιακά μοντέλα μπορεί να έχουν περιορισμένη χρησιμότητα.

Συνολικά, πολλά από τα ίδια ζητήματα που μαστίζουν τα διαγονιδιακά μοντέλα AD ισχύουν για τα μοντέλα της PD: υπάρχει μια τρέχουσα έλλειψη κατανόησης του ακριβούς ρόλου των γονιδίων που συνδέονται με την οικογένεια στην αιτιολογία της PD και του βαθμού στον οποίο συμβάλλουν στις σποραδικές μορφές της νόσου.

Αυτά τα ζητήματα έχουν καταστήσει εξαιρετικά δύσκολη την παραγωγή αδιαγονιδιακού μοντέλου PD, το οποίο αναπαράγει πιστά τη συσσώρευση a-syn και το σχηματισμό LB, με τη σειρά του, οδηγώντας σε ένα μοτίβο νευροεκφυλισμού και διαταραχών συμπεριφοράς που ταιριάζουν με αυτά που παρατηρούνται σε κλινικούς πληθυσμούς.

Τα τρέχοντα διαγονιδιακά μοντέλα ανακεφαλαιώνουν μερικά μόνο από αυτά τα χαρακτηριστικά και ως αποτέλεσμα, έχουν αποδειχθεί ότι έχουν μικρή προγνωστική εγκυρότητα για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των πιθανών DMT. Αντίθετα, τα μοντέλα χημικής τοξίνης της PD εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της ικανότητάς τους να αναπαράγουν πιστά το εκλεκτικό χαρακτηριστικό του νευροεκφυλισμού DA.

Μοντέλα Χημικών Τοξινών της Π.Δ

Τον τελευταίο μισό αιώνα, μια μεγάλη ποικιλία τοξικών ενώσεων έχει χρησιμοποιηθεί για να μοντελοποιήσει το πρότυπο του νευροεκφυλισμού που παρατηρείται στην PD. Από αυτά, τέσσερα μοντέλα χημικών τραυματισμών έχουν προκύψει ως τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα για προκλινική έρευνα και τα αποτελέσματά τους έχουν χαρακτηριστεί εκτενώς.

Αυτά περιλαμβάνουν την 6-υδροξυντοπαμίνη (6-OHDA), ένα ανάλογο κατεχολαμίνης. 1-μεθυλ-4-φαινυλ1,2,3,6-τετραϋδροπυριδίνη (MPTP), ένα συνθετικό ανάλογο οπιοειδών· ροτενόνη, ένα φυτοφάρμακο. και paraquat, ένα ζιζανιοκτόνο102 (Πίνακας 2). Ένα άλλο μη διαγονιδιακό μοντέλο PD βασίζεται στην έγχυση προσχηματισμένων ινιδίων (PFFs, ανασυνδυασμένες μονομερείς πρωτεΐνες a-syn που μετατρέπονται σε ινώδη συσσωματωμένη μορφή) στον εγκέφαλο ζώων, η οποία πυροδοτεί υπερφωσφορυλίωση των ενδογενών πρωτεϊνών a-syn και προκαλεί παθολογία παρόμοια με LB στο SN pars compacta (SNpc)87,88 (Πίνακας 2).

Αυτά τα μοντέλα που βασίζονται σε τοξίνες μπορούν να προκαλέσουν, με διαφορετικούς βαθμούς, συσσώρευση a-syn και επιλεκτικό νευροεκφυλισμό των νευρώνων DA στη μέλαινα ραβδωτό μονοπάτι, ένα αξιοσημείωτο μειονέκτημα των αντίστοιχων διαγονιδιακών μοντέλων τους.

Ωστόσο, οι οδοί που εμπλέκονται στην πυροδότηση του κυτταρικού θανάτου και η έκταση της απώλειας νευρώνων DA ποικίλλουν σημαντικά μεταξύ των μοντέλων, τα οποία έχουν αναθεωρηθεί λεπτομερώς αλλού. φυσιολογική φυσιολογική λειτουργία, προκαλώντας ένα ευρύ φάσμα μειωμένων κινητικών ικανοτήτων.

Ωστόσο, η απώλεια των νευρώνων DA της μέλαινας ραβδίου δεν είναι, από μόνη της, μοντέλο PD per se, αλλά αντίθετα μιμείται γενικότερο παρκινσονισμό που χαρακτηρίζεται από ένα ευρύτερο φάσμα κινητικών συμπτωμάτων.104

Σε αυτό το σημείο, ενώ ορισμένα μοντέλα που βασίζονται σε τοξίνες, συμπεριλαμβανομένης της χορήγησης PFF, χρόνιας MPTP και ροτενόνης, μπορούν να προκαλέσουν συσσωματώματα a-syn και σχηματισμό τύπου LB, διαφέρουν από τα χαρακτηριστικά εγκλείσματα LB στην PD και τη συνολική κατανομή αυτών των συσσωματωμάτων δεν αντικατοπτρίζει το πρότυπο που παρατηρείται στους PDbrains.102

Αυτά τα μοντέλα είναι επίσης περιορισμένα στην ικανότητά τους να μοντελοποιούν την προοδευτική φύση της PD και την εξάπλωση της παθολογίας σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου, καθώς οι ασθενείς με PD υποφέρουν επίσης από νευροεκφυλισμό σε υποφλοιώδεις και τελικά φλοιώδεις περιοχές στα τελευταία στάδια της νόσου.105

Συνοπτικά, τα μοντέλα που βασίζονται στην έκθεση σε τοξίνες δείχνουν κάποιες ομοιότητες με τις παθολογίες που παρατηρούνται στην PD. Ωστόσο, ο μηχανισμός του κυτταρικού θανάτου που προκαλείται από τις τοξίνες είναι πιθανώς διαφορετικός από εκείνους που υποκρύπτουν την απώλεια νευρώνων στην PD.106,107 Σημειώνεται ότι τα τυπικά προγράμματα δοσολογίας για μοντέλα χημικής τοξίνης της PD συμβαίνουν σε ημέρες έως εβδομάδες, ενώ η πορεία της PD αναπτύσσεται σε δεκαετίες και προχωρά σε χρόνια.

Αυτοί οι περιορισμοί υποδηλώνουν ότι τα μοντέλα που βασίζονται στην έκθεση σε τοξίνες που στοχεύουν στην πρόκληση επιλεκτικού θανάτου νευρώνων DA στη μέλαινα ραβδωτό οδό παρουσιάζουν μια ελλιπή εικόνα της PD και παρέχουν μια εξήγηση ως προς το γιατί οι προσπάθειες για τον εντοπισμό DMTs σε τέτοια μοντέλα απέτυχαν να είναι αποτελεσματικές σε κλινικές δοκιμές.12

Μοντέλα Viral Vector για PD και ADΠλεονεκτήματα συστημάτων Viral Vector

Τα συστήματα παροχής ιικών φορέων προσφέρουν αρκετά πλεονεκτήματα που είναι δύσκολο να επιτευχθούν με άλλες προσεγγίσεις.108 Πρώτον, τα συστήματα ιικών φορέων παρέχουν ισχυρό έλεγχο στη χρονική έκφραση του γονιδίου που ενδιαφέρει.

Δεύτερον, η γήρανση είναι ο πρωταρχικός παράγοντας κινδύνου των διαταραχών του φάσματος AD-PD και η δυνατότητα παροχής του φορέα σε οποιοδήποτε σημείο της διάρκειας ζωής του ζώου αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό πλεονέκτημα για το σχεδιασμό της μελέτης. Τρίτον, οι ιικοί φορείς υποστηρίζουν την τοπική διανομή και έκφραση διαγονιδίων, επιτρέποντας έτσι ακριβής και συγκεκριμένη στόχευση των περιοχών ενδιαφέροντος του εγκεφάλου.

Τέταρτον, ακριβείς χειρισμοί δοσολογίας μπορούν να επιτευχθούν άμεσα με τη χρήση ιικών φορέων. Πέμπτον, το μοντέλο ενδιαφέροντος μπορεί να δημιουργηθεί σε πολλά είδη ζώων, που κυμαίνονται από μικρά τρωκτικά έως μεγάλα πρωτεύοντα μη ανθρώπινα.

Έκτον, διαφορετικές παραλλαγές γονιδίων μπορούν εύκολα να γίνουν για να ληφθεί ένας φαινότυπος που μας ενδιαφέρει. Έβδομο, η ευελιξία και η ευελιξία των διαφορετικών πλατφορμών φορέων που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά γονιδίων που προκαλείται από ιούς στο κεντρικό νευρικό σύστημα είναι τεράστια.

Τα ιικά συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των ανασυνδυασμένων αδενο-συσχετισμένων φορέων (UAV) και των φακοϊικών φορέων (LVs), υποστηρίζουν αποτελεσματικά και σθεναρά βραχυπρόθεσμη ή μακροπρόθεσμη έκφραση γονιδίων, αντίστοιχα, τόσο σε τοπικό όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο. Τελευταία, τα συστήματα που βασίζονται σε ιικούς φορείς είναι σημαντικά πιο οικονομικά , τόσο προσπάθεια όσο και από άποψη κόστους, σε σχέση με άλλα μοντέλα ασθενειών.

AD και PD Viral Vector Models: AAVs και LVs

Η προσέγγιση ιικού φορέα για μοντέλα φαινοτύπων AD και PD in vivo έχει χρησιμοποιηθεί από πολλές διαφορετικές ομάδες χρησιμοποιώντας είτε rAAVs είτε LVs. Από την πρώτη χρήση τους στις αρχές της χιλιετίας, μια ποικιλία μοντέλων που βασίζονται σε ιούς έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιηθεί για την AD.

Τα αρχικά μοντέλα AAV-tauopathy εκμεταλλεύτηκαν το AAV2/2 για να εκφράσουν την ανθρώπινη πρωτεΐνη P301L στους εγκεφάλους ποντικών και αρουραίων. για τουλάχιστον 8 μήνες μετά τη μεταγωγή. Σημαντικά, υπερφωσφορυλιωμένα συσσωματώματα ταυάνδης που μοιάζουν με NFT βρέθηκαν 3 έως 4 εβδομάδες μετά τη μεταγωγή.110,111

Αυτές οι μελέτες παρείχαν την πρώτη απόδειξη της ιδέας ότι η ένεση του AAV-P301L tau θα μπορούσε να οδηγήσει σε επίμονη έκφραση της πρωτεΐνης και τη συσσώρευσή της σε ποντίκια και αρουραίους.

Κατά συνέπεια, η έγχυση ΑΡΡ άγριου τύπου AAV (WT) ή τριπλής μετάλλαξης είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό πλακών Ab αλλά όχι εμφανή νευροεκφυλισμό. Αυτά τα ευρήματα έρχονται σε αντίθεση με τις παραπάνω παρατηρήσεις ότι το AAV-WTtau ή το AAV-P301L tau ήταν ικανό να προκαλέσει σημαντικό νευροεκφυλισμό των πυραμιδικών νευρώνων HP.112

Σε πιο πρόσφατα πειράματα, το AAV2/5 χρησιμοποιήθηκε για την παροχή WT tau και του φορέα ελέγχου GFP στη ραχιαία HP των ηλικιωμένων αρουραίων Fischer 344.113 Και οι δύο ιοί εκφράστηκαν ισχυρά στους νευρώνες HP και οδήγησαν σε ανώμαλη αξονική δομή, αξονική εκφύλιση και κατακερματισμό της tau σε Οι άξονες HP συγκρίθηκαν με τους άξονες ελέγχου που εκφράζουν το GFP που εμφανίζονταν φυσιολογικοί.

Σε ένα άλλο μοντέλο, το tau P301L που εκφράζεται από τον υποκινητή ανθρώπινης συναψίνης Ι απελευθερώθηκε από τον φορέα AAV2/9 στον πλευρικό ενδορινικό φλοιό, το οποίο επέτρεψε στους συγγραφείς να ανιχνεύσουν πολλαπλές μορφές φωσφορυλιωμένων και συσσωματωμένων παραλλαγών ταυ πριν από την απώλεια των συνάψεων διατρητικής διαδρομής και τον νευροεκφυλισμό.14

Αυτά τα δεδομένα υποστηρίζουν τη χρησιμότητα των προσεγγίσεων που βασίζονται σε AAV στην AD, ιδιαίτερα στη μοντελοποίηση πρώιμων παθολογικών αλλαγών, όπως η εκφύλιση και η αποικοδόμηση των νευραξόνων. Αρκετές μελέτες χρησιμοποίησαν μοντέλα βασισμένα σε ιούς με στόχο την πρόκληση άλλων παθολογικών πτυχών του LOAD.115,116 Για παράδειγμα, AAV-BRI-Ab42 και Οι φορείς AAV-BRI-Ab40 χρησιμοποιήθηκαν για ελεγχόμενη έκφραση και έκκριση των πεπτιδίων Ab σε τρωκτικό HP.116

Συγκεκριμένα, τα ζώα στα οποία έγινε ένεση με AAV-BRIAb42-έδειξαν ότι αυτοί οι φορείς ήταν ικανοί να προκαλέσουν σχηματισμό πλάκας, αλλά αυτό δεν φάνηκε με την έκφραση rAAV2/1-BRIAb40.

Σε μια άλλη μελέτη, το AAV2/2 χρησιμοποιήθηκε για να απελευθερώσει τα Ab40 και Ab42, ένα Ο-τελικό θραύσμα της ΑΡΡ που περιέχει τα πεπτίδια Ab (C100) και ένα μετάλλαγμα V717F του C100 στους ποντικούς HP και παρεγκεφαλίδα.

Είναι ενδιαφέρον ότι τα μεταλλάγματα Ab42 και V717F επέδειξαν μεγαλύτερη πρόκληση μικρογλοιώσεως και διάρρηξη του αιματοεγκεφαλικού φραγμού (BBB) ​​σε σύγκριση με τις μορφές Ab40, αλλά δεν ενεργοποίησαν τον σχηματισμό πλάκας, την επαγωγή αστροκυττάρων ή τον νευροεκφυλισμό. Η χρήση της τεχνολογίας AAVand LV για την έκφραση διαφόρων μορφών Ab και των πρόδρομων ουσιών του θα συνεχίσει να αποτελεί ουσιαστική μέθοδο μελέτης του ρόλου τους στο LOAD.117

Πιο πρόσφατα, το LV έχει χρησιμοποιηθεί για την έκφραση των TDP-43, Ab42 ή και των δύο στον κινητικό φλοιό των αρουραίων, γεγονός που αποκάλυψε ότι η απώλεια του TDP-43 ενέχει τη μικρογλοία ως αιτία του συναπτικού εκφυλισμού που παρατηρείται στο LOAD. 118

Επιπλέον, το lenti-TDP-43 πυροδότησε αλλαγές στην επεξεργασία APP που σχετίζεται με την παραγωγή Ab42 και προκάλεσε δραστηριότητα κασπάσης και νευροφλεγμονή, η οποία παρατηρήθηκε με παρόμοιο τρόπο με το lenti-Ab42.

Η συνδυασμένη έκφραση τόσο της πρωτεΐνης TDP-43 και της πρωτεΐνης Ab42 οδήγησε σε ένα αποτέλεσμα παρόμοιο με το TDP-43 μόνο, αλλά με το πρόσθετο χαρακτηριστικό της νευρωνικής απώλειας, υποδηλώνοντας μια πιθανή συνεργιστική επίδραση μεταξύ των δύο παραγόντων. Μια άλλη μελέτη που χρησιμοποίησε LVs για την έκφραση TDP-43 στον κινητικό φλοιό βρήκε αλλοιωμένο μεταβολισμό αμινοξέων, οξειδωτικό στρες και νευρωνικό θάνατο.119

Αυτά τα αποτελέσματα μαζί καταδεικνύουν τη χρησιμότητα συστημάτων μοντέλων AD που βασίζονται στο LV για την αποσαφήνιση βασικών παθογόνων παραγόντων που σχετίζονται με τη δυσλειτουργία πρωτεΐνης που εμπλέκονται στην AD, ενώ τα Ab και tau έχουν δοκιμαστεί εκτενώς στο LOAD, σύμφωνα με τη μακροχρόνια αντίληψη ότι το Ab είναι βασικός ύποπτος στην παθογένεση της AD . Ωστόσο, οι συνεχιζόμενες αποτυχίες σε δοκιμές φαρμάκων που στοχεύουν στη μείωση των επιπέδων αμυλοειδούς απαιτούν την εκ νέου εστίαση της προσπάθειας σε άλλους πιθανούς ενόχους.

Πολλαπλές πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι το APOEε4 μπορεί να συμβάλλει στην τοξικότητα που σχετίζεται με τον φαινότυπο AD και μέχρι σήμερα, το APOE παραμένει ο πιο σημαντικός και αναπαραγόμενος γενετικός παράγοντας κινδύνου για την AD.120

Δεδομένου του ρόλου του APOEε4 στην παθογένεση της AD και της πιθανής προστατευτικής επίδρασης της ισομορφής ε2, ο Hu και οι συνεργάτες121 δημιούργησαν μοντέλα ποντικών χρησιμοποιώντας ισομορφές AAV8-APOE που οδηγούνται από τον προαγωγέα GFAP που εκφράζεται ειδικά σε αστροκύτταρα σε όλες τις περιοχές του εγκεφάλου, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα συνολική αύξηση σε επίπεδα ΑΠΟΕ σε όλο τον εγκέφαλο του ποντικιού.

Η μεσολαβούμενη από ιούς υπερέκφραση του APOEε4 στα ποντίκια APOEε4-TR αύξησε τα κακώς λιπιδωμένα σωματίδια λιποπρωτεΐνης APOE και μείωσε τη σχετιζόμενη με το APOE χοληστερόλη σε ποντικούς APOEε4-TR. Αντίθετα, η υπερέκφραση APOEε2 σε APOEε{6} ποντίκια ενίσχυσαν τη λιπίδωση του APOE και τη σχετική χοληστερόλη.

Επιπλέον, η υπερέκφραση του APOEε4 αύξησε τα επίπεδα του ενδογενούς Ab, ενώ η υπερέκφραση του APOEε2 έτεινε σε χαμηλότερο ενδογενές Ab. Με βάση αυτά τα δεδομένα, οι συγγραφείς προτείνουν ότι η αύξηση του APOEε2 σε φορείς APOEε4 είναι μια ευεργετική στρατηγική για τη θεραπεία της AD, ενώ η αύξηση του APOEε4 σε φορείς APOEε4 είναι επιβλαβής. Σε μια άλλη μελέτη, διεξήχθη απευθείας ενδοεγκεφαλική ένεση χρησιμοποιώντας AAV για να εκφράσει το APOEε2.

Η μελέτη ανέφερε ότι η υπερέκφραση του APOEε2 μείωσε σημαντικά τα επίπεδα διαλυτού στον εγκέφαλο (συμπεριλαμβανομένων των ολιγομερών) και αδιάλυτων επιπέδων Ab, καθώς και το φορτίο αμυλοειδούς, σε δύο μοντέλα αμυλοείδωσης εγκεφάλου σε ποντίκια στα οποία η παθολογία εξαρτάται είτε από την έκφραση ισόμορφων APOEε4 ποντικού είτε ανθρώπου.122

Οι Zhao et al.122 έδειξαν περαιτέρω ότι μια ευρεία μείωση του Ab εγκεφάλου μπορεί να επιτευχθεί μέσω μιας εφάπαξ ένεσης του ιού μέσω ενδοθαλαμικής χορήγησης AAV που εκφράζει APOEε2.

Συλλογικά, αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι η παράδοση γονιδίου AAV του APOEε2, χρησιμοποιώντας ένα AAV, μπορεί να διασώσει τις επιβλαβείς επιπτώσεις του APOEε4 στην παθολογία του αμυλοειδούς του εγκεφάλου. Έτσι, αυτή η προσέγγιση μπορεί να αντιπροσωπεύει μια βιώσιμη θεραπευτική οδό για τη θεραπεία ή την πρόληψη του ΦΟΡΤΙΟΥ.

For more information:1950477648nn@gmail.com