เส้นทางสู่ความก้าวหน้าการศึกษาพรีคลินิกของโรคระบบประสาทเสื่อมที่เกี่ยวข้องกับอายุ: มุมมองเกี่ยวกับแบบจำลองที่ได้จากสัตว์ฟันแทะและ HiPSC ตอนที่ 2

นอกเหนือจากแบบจำลองดัดแปลงพันธุกรรมที่พัฒนาโดยห้องปฏิบัติการวิชาการแต่ละแห่งแล้ว ปัจจุบันสถาบันสุขภาพแห่งชาติ (NIH) กำลังเป็นผู้นำโครงการ Accelerating Medicines Partnership-AD (AMP-AD) Target Discovery และการตรวจสอบความถูกต้องพรีคลินิก ซึ่งเป็นกลุ่มความร่วมมือของทุนสนับสนุนจากหลายสถาบันและหลายสาขาวิชา ที่ร่วมกันตั้งใจที่จะเร่งกระบวนการค้นพบยาสำหรับ AD (https://www.nia.nih.gov/research/dn/amp-ad-target-discovery-and-preclinicalvalidation-project)

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีชีวภาพ เทคโนโลยีดัดแปรพันธุกรรมจึงค่อยๆ ถูกนำมาใช้ในด้านชีววิทยา เทคโนโลยีดัดแปลงพันธุกรรมเป็นเทคโนโลยีทางพันธุวิศวกรรมที่แนะนำยีนจากต่างประเทศเข้าสู่สิ่งมีชีวิตเพื่อให้แสดงลักษณะเฉพาะ อย่างไรก็ตาม มีการถกเถียงกันเรื่องความสัมพันธ์ระหว่างแบบจำลองดัดแปรพันธุกรรมและหน่วยความจำ

นักวิจัยบางคนเชื่อว่าแบบจำลองดัดแปรพันธุกรรมสามารถส่งผลดีต่อความจำได้ ตัวอย่างเช่น การทดลองในสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมบางการทดลองแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงยีนบางชนิดจะทำให้ความสามารถในการเรียนรู้และความจำของสัตว์ดีขึ้นได้ ผลการทดลองเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีดัดแปลงพันธุกรรมสามารถปรับปรุงความสามารถทางปัญญาของมนุษย์ได้

แม้ว่าผลการวิจัยเหล่านี้จะน่าสนใจมาก แต่เราก็ต้องระมัดระวังด้วยเพราะผลลัพธ์หลังจากกระบวนการทดลองเหล่านี้ไม่ได้เกิดจากการส่งเสริมของมนุษย์หรือการใช้งานที่เร่งรีบ เราจำเป็นต้องดำเนินการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้เพื่อทำความเข้าใจความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นกับสิ่งแวดล้อมและมนุษย์ และเพื่อวัดผลกระทบทางสังคมที่เป็นไปได้ ในเวลาเดียวกัน เราต้องยอมรับด้วยว่าการพัฒนาความจำไม่เพียงแต่ต้องอาศัยยีนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสุขภาพกายและนิสัยการใช้ชีวิตที่ดีต่อสุขภาพด้วย ซึ่งสามารถบรรลุสภาวะความทรงจำที่ดีผ่านช่องทางปกติได้

กล่าวโดยสรุป เราควรตั้งตารอถึงแง่มุมเชิงบวกของเทคโนโลยีดัดแปลงพันธุกรรม และควบคุมและประเมินผลอย่างเหมาะสม ด้วยการใช้เทคโนโลยีแปลงพันธุ์อย่างมีเหตุผล เราอาจเปลี่ยนแปลงจีโนมของเรา ซึ่งจะช่วยเราแก้ปัญหาทางการแพทย์และสิ่งแวดล้อมบางอย่าง ในขณะเดียวกันก็ส่งเสริมความก้าวหน้าของมนุษย์ในหลาย ๆ ด้าน รวมถึงการปรับปรุงความจำ จะเห็นได้ว่าเราต้องปรับปรุงความจำ และ Cistanche สามารถปรับปรุงความจำได้อย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ต้านการอักเสบ และต่อต้านวัย ซึ่งสามารถช่วยลดปฏิกิริยาออกซิเดชันและการอักเสบในสมอง จึงช่วยปกป้องสุขภาพของ ระบบประสาท นอกจากนี้ Cistanche ยังสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตและการซ่อมแซมเซลล์ประสาท ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการเชื่อมต่อและการทำงานของโครงข่ายประสาทเทียม ผลกระทบเหล่านี้สามารถช่วยปรับปรุงความจำ ความสามารถในการเรียนรู้ และความเร็วในการคิด และยังสามารถป้องกันการเกิดความผิดปกติทางสติปัญญาและโรคทางระบบประสาทได้อีกด้วย

คลิกรู้วิธีปรับปรุงการทำงานของสมอง

สิ่งที่เกี่ยวข้องเป็นพิเศษกับการทบทวนนี้คือหน่วยงานของ AMP-AD ซึ่งมีชื่อว่าโครงการริเริ่มการพัฒนาสิ่งมีชีวิตและการประเมินแบบจำลองสำหรับโหลด (MODEL-AD) MODEL-AD มุ่งหวังที่จะสร้างสายพันธุ์เมาส์ดัดแปลงพันธุกรรมที่สร้างแบบจำลองฟีโนไทป์ของ AD ได้อย่างแม่นยำ และทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับขั้นตอนการพัฒนายา และแบบจำลองที่สามารถแปลได้และมีความเกี่ยวข้องทางชีวภาพมากขึ้นสำหรับการตรวจสอบความถูกต้องของ DMT พรีคลินิก

โครงการริเริ่ม MODEL-AD ประกอบด้วยศูนย์ที่คณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยอินเดียน่า, ห้องทดลองแจ็คสัน, Sage Bionetworks, คณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยพิตส์เบิร์ก และศูนย์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเออร์ไวน์

กลุ่มความร่วมมือนี้ตั้งเป้าที่จะสร้างโมเดล in vivo AD รุ่นต่อไป โดยอิงจากข้อมูลของมนุษย์ในรูปแบบที่เข้มงวดและมีการควบคุมในระดับสูง โดยมีเป้าหมายเพื่อจัดตำแหน่งคุณสมบัติทางพยาธิสรีรวิทยาของ ADmodels ให้สอดคล้องกับระยะของโรคทางคลินิกโดยใช้ตัวชี้วัดทางชีวภาพที่แปลได้ เพื่อเพิ่มความสามารถในการแปลของผลการวิจัยพรีคลินิก57

จนถึงปัจจุบัน มีการสร้างเมาส์ AD 54 รุ่น รวมถึง fAD, APOE, APP, MAPT/tau และ LOAD แบบจำลองที่อิงจากการสะสม Ab และตัวแปรอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ LOAD ที่ระบุก่อนหน้านี้ (https://www.model-ad.org /strain-table/) ซึ่งมีจำหน่ายผ่าน JAX/IU/Pitt AD Precision ModelsCenter

แบบจำลองสารเคมี-สารพิษของ AD

นอกเหนือจากแบบจำลองดัดแปรพันธุกรรมล่าสุดแล้ว แบบจำลองของสัตว์ฟันแทะ AD ยังมีพื้นฐานจากการสัมผัสกับสารประกอบที่เป็นพิษที่ทำให้เกิดการเสื่อมของระบบประสาทแบบเลือกซึ่งนำไปสู่ความบกพร่องทางสติปัญญาและพฤติกรรมที่คล้ายคลึงกับที่พบในผู้ป่วย AD

ในขณะที่มีการใช้แบบจำลองการสัมผัสสารพิษที่หลากหลายในการศึกษาทั้ง AD และ PD แต่แบบจำลอง AD ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยแบบจำลองแปลงพันธุ์ล่าสุดที่กล่าวถึงข้างต้น

แบบจำลองที่ใช้สารเคมีของ AD กระตุ้นพยาธิวิทยาที่คล้ายกับ AD โดยใช้สารประกอบที่ขัดขวางการทำงานของเซลล์ประสาทโคลิเนอร์จิคหรือสารพิษที่ขัดขวางกระบวนการสมดุลของเซลล์อย่างถาวรซึ่งนำไปสู่การตายของเซลล์ เช่น กรดโอคาดาอิกและโลหะหนักประเภทต่างๆ 58 (ตารางที่ 2) แม้ว่าแบบจำลองเหล่านี้จะทำให้เกิดความบกพร่องทางระบบประสาทและพฤติกรรมบางอย่างที่คล้ายกับอาการ AD รวมถึงความบกพร่องในการเรียนรู้และความจำ แต่ส่วนใหญ่ไม่มีรอยโรคทางพยาธิวิทยาของ AD (เช่น แผ่น Ab และ NFT)

แบบจำลองในสัตว์ที่มุ่งเน้นอย่างชัดเจนเกี่ยวกับการหยุดชะงักของเซลล์ประสาทโคลิเนอร์จิคนั้นมีพื้นฐานอยู่บนสมมติฐานของโคลิเนอร์จิคที่ปัจจุบันค่อนข้างล้าสมัยของ AD.59 ในแบบจำลองดังกล่าว ตัวต้านตัวรับมัสคารินิก เช่น สารประกอบสโคโพลามีน จะถูกส่งต่อไปยังบริเวณสมองเป้าหมาย เช่น HP เพื่อปิดกั้น กิจกรรม acetylcholine ภายนอกและก่อให้เกิดความบกพร่องทางสติปัญญาในการเรียนรู้และความจำ60

แบบจำลองการแทรกแซงทางเคมีอื่น ๆ ของ AD เกี่ยวข้องกับการบริหารสารพิษต่อระบบประสาทในท้องถิ่นหรือต่อพ่วงซึ่งนำไปสู่การตายของเซลล์ประสาทที่ไม่จำเพาะเจาะจง (ตารางที่ 2)

แบบจำลองแปลงพันธุ์ของ PD

เช่นเดียวกับในกรณีของ AD แบบจำลองเมาส์ดัดแปลงพันธุกรรมของ PD ช่วยให้สามารถศึกษาลักษณะเฉพาะของโรคทางคลินิกที่เกิดขึ้นผ่านการจัดการตำแหน่งทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบของโรค Mendelian และสายพันธุ์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวหลายร้อยรายการมีวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์แล้ว

เช่นเดียวกับ AD กรณี PD ทางคลินิกส่วนใหญ่จัดเป็นแบบประปราย โดยมีรูปแบบของโรคที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้น้อยกว่า 1% ของทุกกรณี89 การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในยีน SNCA, LRRK2 และ UCH-L1 เชื่อมโยงกับรูปแบบที่ครอบงำออโตโซมของ PD ในขณะที่การสลับในยีน PRKN, PINK1 และ DJ -1 มีความเกี่ยวข้องกับรูปแบบ autosomal-recessive90 (ตารางที่ 1)

ยีนทั้งสองที่กำหนดเป้าหมายโดยทั่วไปในแบบจำลอง PD ดัดแปรพันธุกรรมคือ SNCA และ LRRK2.91,92 การกลายพันธุ์ในยีนเหล่านี้ทำให้เกิด PD ในครอบครัวและยังเกี่ยวข้องกับรูปแบบ PD ประปรายผ่านทาง GWAS.93

นอกจากนี้ บทบาทของ SNCA ที่แสดงออกมากเกินไปในครอบครัว (กรณีไตร/ซ้ำซ้อน) และ PD ประปรายก็ได้รับการยอมรับอย่างดี 94

จนถึงปัจจุบัน โมเดลแปลงพันธุกรรมส่วนใหญ่ที่จัดการ SNCA ไม่เพียงแต่แนะนำการกลายพันธุ์ที่ผิดพลาดในครอบครัว แต่ยังใช้กลยุทธ์การแสดงออกมากเกินไปโดยการแทรกสำเนาของยีน SNCA ของมนุษย์หรือเมาส์หลายชุดเพื่อเลียนแบบการผลิต a-synuclein (a-syn) ที่เพิ่มขึ้น ไม่ว่าจะเพียงอย่างเดียวหรือรวมกันด้วย การกลายพันธุ์แบบ missense ของครอบครัว 95–97

การกลายพันธุ์แบบ missense ใน LRRK2 เป็นการกลายพันธุ์ที่รายงานบ่อยที่สุดที่เกี่ยวข้องกับ PD, 98 ในครอบครัว และสายหนูดัดแปลงพันธุกรรมหลายตัวถูกสร้างขึ้นตามการกลายพันธุ์ของ LRRK2 ที่รู้จักที่หลากหลาย

ตัวอย่างเช่น การกลายพันธุ์ของ GS2019S ส่งผลให้เกิดการกลายพันธุ์ที่ได้รับของฟังก์ชันด้วยกิจกรรมไคเนสที่ได้รับการปรับปรุง99 โมเดลอื่นๆ เช่นการกลายพันธุ์ R1441C/G, T1348N และ A2016T รายงานการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกหรือการรวมกลุ่มแบบ ina-syn และในบางกรณี การขาดดุลมอเตอร์เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม การขาดดุลที่แม่นยำและลักษณะทางคลินิกแตกต่างกันอย่างมากในแบบจำลอง 89,92,100

นอกเหนือจากยีน SNCA และ LRRK2 แล้ว ยังมีการสร้างสายพันธุ์ดัดแปรพันธุกรรมอื่น ๆ หลายสายพันธุ์ซึ่งมีการกำหนดเป้าหมายยีนที่เกี่ยวข้องกับ PD อื่น ๆ (ตารางที่ 1) ในขณะที่แบบจำลองเหล่านี้จำนวนมากประสบความสำเร็จในการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกและการรวมตัวของ a-syn แต่ส่วนใหญ่มีการเสื่อมของระบบประสาทเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย และด้วยเหตุนี้การทำงานของมอเตอร์จึงยังคงไม่ได้รับผลกระทบค่อนข้างมาก (ตารางที่ 1)

การวิเคราะห์อย่างระมัดระวังของมวลรวม a-syn ที่เกิดขึ้นในสายพันธุ์ดัดแปลงพันธุกรรมจำนวนมากได้เผยให้เห็นเพิ่มเติมว่าการรวมที่เกิดขึ้นนั้นไม่เหมือนกับร่างกายของ Lewy (LBs) ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่พบในสมอง PD ภายหลังชันสูตร แต่กลับแสดงองค์ประกอบทางโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์แทน

ความล้มเหลวของแบบจำลองดัดแปรพันธุกรรมในการทำซ้ำทั้งด้านโมเลกุลและด้านความเสื่อมของระบบประสาทของ PD น่าจะเกิดจากปัจจัยหลายประการรวมกัน ความกังวลหลักๆ เหล่านี้ก็คือ ธรรมชาติและขอบเขตของการมีส่วนร่วมของยีนที่เชื่อมโยงกับครอบครัว และรูปแบบของโรคที่พบได้บ่อยมากขึ้นนั้นยังไม่ชัดเจน ทำให้เกิดคำถามถึงความเกี่ยวข้องของแบบจำลองที่อิงจากการดัดแปลงยีนเหล่านี้กับผู้ป่วย PD ส่วนใหญ่

ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งคือแบบจำลองแปลงพันธุ์ส่งผลให้เกิดการแสดงออกของยีนมากเกินไปซึ่งไม่ได้เลียนแบบระดับทางสรีรวิทยา และด้วยเหตุนี้จึงอาจทำให้เกิดสิ่งประดิษฐ์ได้ ยิ่งไปกว่านั้น รูปแบบของโรคที่เกิดขึ้นประปรายน่าจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของยีนหลายตัว โดยที่ความไวต่อการสัมผัสจะได้รับผลกระทบเพิ่มเติมจากองค์ประกอบด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งบ่งชี้ว่าแบบจำลองดัดแปลงพันธุกรรมแบบ monogenic อาจมีข้อจำกัดในการใช้ประโยชน์

โดยรวมแล้ว ปัญหาเดียวกันหลายประการที่สร้างปัญหาให้กับแบบจำลองพันธุกรรม AD ถือเป็นแบบจำลองของ PD: ขณะนี้ยังขาดความเข้าใจเกี่ยวกับบทบาทที่แม่นยำของยีนที่เชื่อมโยงกับครอบครัวในสาเหตุของ PD และขอบเขตที่พวกเขามีส่วนทำให้เกิดรูปแบบประปรายของโรค

ปัญหาเหล่านี้ทำให้เป็นเรื่องยากอย่างยิ่งที่จะสร้างแบบจำลอง PD แบบอะทรานส์เจนิก ซึ่งสร้างการสะสม a-syn และการก่อตัวของ LB อย่างซื่อสัตย์ ในทางกลับกัน นำไปสู่รูปแบบของการเสื่อมของระบบประสาทและความบกพร่องทางพฤติกรรมที่ตรงกับที่พบในประชากรทางคลินิก

แบบจำลองดัดแปรพันธุกรรมในปัจจุบันสรุปเฉพาะคุณลักษณะเหล่านี้บางส่วนเท่านั้น และด้วยเหตุนี้ จึงได้พิสูจน์แล้วว่ามีความแม่นยำในการคาดการณ์เพียงเล็กน้อยสำหรับการประเมินประสิทธิผลของ DMT ที่เป็นไปได้ แบบจำลองสารเคมีและสารพิษที่ไม่ตรงกันข้ามของ PD ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความสามารถในการสร้างคุณลักษณะการเสื่อมของระบบประสาท DA แบบเลือกสรรของ PD อย่างซื่อสัตย์

แบบจำลองสารเคมี-พิษของ PD

ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา มีการใช้สารประกอบพิษหลายชนิดเพื่อจำลองรูปแบบของการเสื่อมของระบบประสาทที่พบใน PD จากทั้งหมดเหล่านี้ มีแบบจำลองการบาดเจ็บจากสารเคมี 4 รูปแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับการวิจัยพรีคลินิก และผลกระทบดังกล่าวได้รับการแสดงลักษณะเฉพาะอย่างกว้างขวาง

สิ่งเหล่านี้รวมถึง 6-ไฮดรอกซีโดปามีน (6-OHDA) ซึ่งเป็นอะนาล็อกคาเทโคลามีน 1-เมทิล-4-ฟีนิล1,2,3,6-เตตระไฮโดรไพริดีน (MPTP) ซึ่งเป็นอะนาลอกฝิ่นสังเคราะห์ โรทีโนน ซึ่งเป็นยาฆ่าแมลง; และพาราควอตซึ่งเป็นสารกำจัดวัชพืช102 (ตารางที่ 2) แบบจำลอง PD ที่ไม่แปลงพันธุ์อีกรูปแบบหนึ่งมีพื้นฐานมาจากการฉีดไฟบริลที่เตรียมไว้ (PFFs; โปรตีน a-syn โมโนเมอริกชนิดรีคอมบิแนนท์ที่ถูกแปลงเป็นรูปแบบรวมของไฟบริลลาร์) เข้าไปในสมองของสัตว์ ซึ่งกระตุ้นภาวะฟอสฟอรัสมากเกินไปของโปรตีน a-syn จากภายนอกและกระตุ้นพยาธิวิทยาที่คล้าย LB ใน SN พาร์คอมแพคตา (SNpc)87,88 (ตารางที่ 2)

แบบจำลองที่ใช้สารพิษเหล่านี้สามารถชักนำให้เกิดการรวมตัวของ a-syn และการเสื่อมของระบบประสาทแบบเลือกสรรของเซลล์ประสาท DA ในวิถี nigrostriatal ได้ด้วยระดับที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่น่าสังเกตของแบบจำลองดัดแปลงพันธุกรรม

อย่างไรก็ตาม วิถีทางที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นการตายของเซลล์และขอบเขตของการสูญเสียเซลล์ประสาท DA นั้นแตกต่างกันอย่างมากในแบบจำลองต่างๆ ซึ่งได้รับการตรวจสอบในรายละเอียดที่อื่น103 ในท้ายที่สุด ผลลัพธ์ของการสูญเสียเซลล์ DA ใน PD คือ นิวเคลียสของมอเตอร์ของ striatum ไม่สามารถรักษาไว้ได้อีกต่อไป ฟังก์ชั่นทางสรีรวิทยาปกติทำให้เกิดความสามารถของมอเตอร์บกพร่องในวงกว้าง

อย่างไรก็ตาม การสูญเสียเซลล์ประสาท DA nigrostriatal ในตัวมันเอง ไม่ใช่แบบจำลองของ PD per se แต่เป็นการเลียนแบบโรคพาร์กินสันทั่วไปมากกว่า โดยมีสเปกตรัมของอาการมอเตอร์ที่กว้างกว่า104

ถึงจุดนี้ ในขณะที่แบบจำลองที่มีสารพิษเป็นพื้นฐานบางตัว ซึ่งรวมถึง PFF, MPTP แบบเรื้อรัง และการบริหารให้โรทีโนน สามารถเหนี่ยวนำการรวมกลุ่มอะซินและการก่อรูปคล้าย LB ได้ พวกมันแตกต่างจากการรวมเข้าที่เป็นลักษณะเฉพาะของ LB ใน PD และการกระจายโดยรวมของสารรวมกลุ่มเหล่านี้ ไม่สะท้อนรูปแบบที่พบใน PDbrains.102

แบบจำลองเหล่านี้ยังมีข้อจำกัดในความสามารถในการจำลองลักษณะการก้าวหน้าของ PD และการแพร่กระจายของพยาธิวิทยาไปยังบริเวณสมองอื่นๆ เนื่องจากผู้ป่วย PD ยังประสบปัญหาการเสื่อมของระบบประสาทในบริเวณใต้เยื่อหุ้มสมองและในที่สุดบริเวณเยื่อหุ้มสมองในระยะหลังของโรค105

โดยสรุป แบบจำลองตามการสัมผัสสารพิษแสดงให้เห็นความคล้ายคลึงบางประการกับพยาธิสภาพที่พบใน PD อย่างไรก็ตาม กลไกการตายของเซลล์ที่เกิดจากสารพิษนั้นมีแนวโน้มที่จะแตกต่างจากการสูญเสียเซลล์ประสาทที่ซ่อนอยู่ใน PD106,107 สิ่งที่น่าสังเกตคือ ตารางการให้ยาโดยทั่วไปสำหรับแบบจำลองสารเคมี-สารพิษของ PD เกิดขึ้นในช่วงหลายวันถึงหลายสัปดาห์ ในขณะที่หลักสูตรของ PD พัฒนามานานหลายทศวรรษและดำเนินไปมากกว่า ปี.

ข้อจำกัดเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าแบบจำลองตามการสัมผัสสารพิษที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อกระตุ้นการตายของเซลล์ประสาท DA แบบเลือกสรรในทางเดินไนโกรสเตรียทัลนำเสนอภาพที่ไม่สมบูรณ์ของ PD และให้คำอธิบายว่าเหตุใดความพยายามอย่างมากในการระบุ DMT ในแบบจำลองดังกล่าวจึงไม่มีประสิทธิภาพในการทดลองทางคลินิก

Viral Vector Models สำหรับ PD และ ADAข้อดีของ Viral Vector Systems

ระบบการนำส่งพาหะของไวรัสมีข้อดีหลายประการซึ่งยากต่อการบรรลุด้วยวิธีการอื่น ประการแรก ระบบพาหะของไวรัสให้การควบคุมการแสดงออกทางเวลาของยีนที่สนใจอย่างมีประสิทธิภาพ

ประการที่สอง การแก่ชราเป็นปัจจัยเสี่ยงหลักของความผิดปกติของสเปกตรัม AD-PD และความเป็นไปได้ในการส่งมอบเวกเตอร์ ณ จุดใดก็ได้ในช่วงอายุของสัตว์นั้น แสดงถึงข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับการออกแบบการศึกษา ประการที่สาม พาหะของไวรัสสนับสนุนการส่งผ่านและการแสดงออกของยีนในท้องถิ่น ดังนั้นจึงอนุญาตให้ การกำหนดเป้าหมายที่แม่นยำและเฉพาะเจาะจงของบริเวณสมองที่น่าสนใจ

ประการที่สี่ การปรับเปลี่ยนขนาดยาที่แม่นยำสามารถทำได้ทันทีด้วยการใช้พาหะของไวรัส ประการที่ห้า แบบจำลองที่น่าสนใจสามารถสร้างขึ้นได้ในสัตว์หลายชนิด ตั้งแต่สัตว์ฟันแทะขนาดเล็กไปจนถึงไพรเมตที่ไม่ใช่มนุษย์ขนาดใหญ่

ประการที่หก การแปรผันของยีนที่แตกต่างกันสามารถเกิดขึ้นได้อย่างง่ายดายเพื่อให้ได้ฟีโนไทป์ที่น่าสนใจ ประการที่เจ็ด ความเก่งกาจและความยืดหยุ่นของแพลตฟอร์มเวกเตอร์ต่างๆ ที่ใช้สำหรับการถ่ายโอนยีนที่เป็นสื่อกลางของไวรัสไปยังระบบประสาทส่วนกลางนั้นมีมากมายมหาศาล

ระบบไวรัส รวมถึงเวกเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับอะดีโนชนิดรีคอมบิแนนท์ (UAV) และเวกเตอร์เลนติไวรัส (LV) มีประสิทธิภาพและทนทาน รองรับการแสดงออกของยีนในระยะสั้นหรือระยะยาว ตามลำดับ ทั้งในระดับท้องถิ่นและทั่วโลก สุดท้ายนี้ ระบบที่ใช้เวกเตอร์ของไวรัสมีความประหยัดกว่าอย่างเห็นได้ชัด ทั้งความพยายามและต้นทุน เทียบกับรูปแบบโรคอื่นๆ

โมเดลเวกเตอร์ไวรัส AD และ PD: AAV และ LV

วิธีการเวกเตอร์ของไวรัสในการสร้างแบบจำลอง AD และ PD ฟีโนไทป์ ในสิ่งมีชีวิต ถูกนำมาใช้โดยกลุ่มต่างๆ มากมายโดยใช้ rAAV หรือ LV นับตั้งแต่มีการใช้งานครั้งแรกเมื่อต้นสหัสวรรษ มีการพัฒนาและใช้งานโมเดลที่ใช้ไวรัสหลากหลายรูปแบบสำหรับ AD

แบบจำลอง AAV-tauopathy เริ่มต้นใช้ประโยชน์จาก AAV2/2 เพื่อแสดงโปรตีน humantau P301L ในสมองของหนูและหนู 109,110 ในการศึกษาเหล่านี้ เวกเตอร์ AAV-tau-P301L ถูกฉีดเข้าไปในสมองส่วนหน้าของหนูตัวเต็มวัย ซึ่งส่งผลให้ระดับเทาว์เพิ่มขึ้น เป็นเวลาอย่างน้อย 8 เดือนหลังการโอน อย่างมีนัยสำคัญ พบปริมาณรวมของเทาว์และไฮเปอร์ฟอสโฟรีเลชั่นที่คล้ายกับ NFT ที่ 3 ถึง 4 สัปดาห์หลังการถ่ายโอน 110,111

การศึกษาเหล่านี้เป็นข้อพิสูจน์แรกเกี่ยวกับแนวคิดที่ว่าการฉีด AAV-P301L เทาอาจส่งผลให้เกิดการแสดงออกอย่างต่อเนื่องของโปรตีนและการรวมตัวของโปรตีนในหนูและหนูแรท

การฉีด AAV-wild-type (WT) หรือ APP แบบสามกลายพันธุ์อย่างสม่ำเสมอส่งผลให้เกิดการก่อตัวของแผ่น Ab แต่ไม่มีการทำลายระบบประสาทอย่างเปิดเผย การค้นพบนี้ตรงกันข้ามกับข้อสังเกตข้างต้นที่ว่า AAV-WTtau หรือ AAV-P301L tau สามารถทำให้เกิดการเสื่อมของระบบประสาทอย่างมีนัยสำคัญของเซลล์ประสาทเสี้ยม HP

ในการทดลองล่าสุด AAV2/5 ถูกใช้เพื่อส่ง WT tau และเวกเตอร์ควบคุม GFP เข้าไปใน HP ด้านหลังของหนู Fischer 344 อายุ 113 ไวรัสทั้งสองแสดงออกอย่างแข็งแกร่งในเซลล์ประสาท HP และนำไปสู่โครงสร้างแอกโซนัลที่ผิดปกติ การเสื่อมสภาพของแอกโซนัล และการกระจายตัวของเทาใน แอกซอนของ HP เมื่อเปรียบเทียบกับแอกซอนที่แสดง GFP ที่ปรากฏตามปกติ

ในอีกรูปแบบหนึ่ง tau P301L ที่แสดงออกมาจากโปรโมเตอร์ไซแนปซิน I ของมนุษย์ถูกส่งโดยเวกเตอร์ AAV2/9 ไปยังคอร์เทกซ์เอนโทรฮินัลด้านข้าง ซึ่งทำให้ผู้เขียนสามารถตรวจจับฟอสโฟรีเลตหลายรูปแบบและรวมตัวแปรเทาว์ก่อนที่จะสูญเสียไซแนปส์ของเส้นทางพรุนและการเสื่อมของระบบประสาท

ข้อมูลเหล่านี้สนับสนุนประโยชน์ของแนวทางที่ใช้ AAV ใน AD โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยาในระยะเริ่มแรก เช่น การเสื่อมและการเสื่อมของแอกซอน การศึกษาหลายชิ้นใช้แบบจำลองที่ใช้ไวรัสโดยมุ่งเป้าไปที่การกระตุ้นลักษณะทางพยาธิวิทยาอื่น ๆ ของ LOAD.115,116 ตัวอย่างเช่น AAV-BRI-Ab42 และ เวกเตอร์ AAV-BRI-Ab40 ถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมการแสดงออกและการหลั่งของเปปไทด์ Ab ในสัตว์ฟันแทะ HP.116

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สัตว์ที่ถูกฉีด AAV-BRIAb42- แสดงให้เห็นว่าพาหะเหล่านี้สามารถกระตุ้นการก่อตัวของคราบจุลินทรีย์ได้ แต่สิ่งนี้ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยการแสดงออกของ rAAV2/1-BRIAb40

ในการศึกษาอื่น AAV2/2 ถูกใช้เพื่อส่ง Ab40 และ Ab42 ซึ่งเป็นชิ้นส่วนปลาย C ของ APP ที่มีเปปไทด์ Ab (C100) และการกลายพันธุ์ V717F ของ C100 ไปยัง HP และสมองน้อยของหนู

สิ่งที่น่าสนใจคือการกลายพันธุ์ของ Ab42 และ V717F แสดงให้เห็นการเหนี่ยวนำของไมโครไกลลิโอซิสและการหยุดชะงักของอุปสรรคเลือดและสมอง (BBB) ​​ที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับรูปแบบ Ab40 แต่ไม่ได้กระตุ้นการก่อตัวของคราบจุลินทรีย์ การเหนี่ยวนำของแอสโตรไซต์ หรือการเสื่อมของระบบประสาท การใช้เทคโนโลยี AAV และ LV เพื่อแสดง Ab และสารตั้งต้นในรูปแบบต่างๆ จะยังคงเป็นวิธีสำคัญในการศึกษาบทบาทของพวกเขาในโหลด117

เมื่อเร็วๆ นี้ LV ถูกนำมาใช้เพื่อแสดง TDP-43, Ab42 หรือทั้งสองอย่างในเยื่อหุ้มสมองสั่งการของหนู ซึ่งพบว่าการสูญเสีย TDP-43 เกี่ยวข้องกับไมโครเกลียซึ่งเป็นสาเหตุของการเสื่อมของไซแนปติกที่พบใน LOAD 118

นอกจากนี้ lenti-TDP-43 ยังกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการประมวลผล APP ที่เกี่ยวข้องกับการผลิต Ab42 และชักนำให้เกิดการทำงานของแคสเปสและการอักเสบของระบบประสาท ซึ่งสังเกตพบในทำนองเดียวกันกับ lenti-Ab42

การแสดงออกที่รวมกันของทั้งโปรตีน TDP-43 และ Ab42 ส่งผลให้เกิดผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกับ TDP-43 เพียงอย่างเดียว แต่มีคุณสมบัติเพิ่มเติมคือการสูญเสียเส้นประสาท ซึ่งบ่งบอกถึงผลการทำงานร่วมกันที่เป็นไปได้ระหว่างปัจจัยทั้งสอง การศึกษาอื่นที่ใช้ LV เพื่อแสดง TDP-43 ในคอร์เทกซ์สั่งการพบว่าการเผาผลาญของกรดอะมิโนที่เปลี่ยนแปลง ความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน และการตายของเซลล์ประสาท119

ผลลัพธ์เหล่านี้ร่วมกันแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของระบบแบบจำลอง AD ที่ใช้ LV เพื่ออธิบายปัจจัยที่ทำให้เกิดโรคที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของโปรตีนที่เกี่ยวข้องใน AD ในขณะที่ Ab และ tau ได้รับการทดสอบอย่างกว้างขวางใน LOAD ซึ่งสอดคล้องกับแนวคิดที่มีมายาวนานว่า Ab เป็นผู้ต้องสงสัยหลักในการเกิดโรค AD . อย่างไรก็ตาม ความล้มเหลวอย่างต่อเนื่องในการทดลองใช้ยาที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อลดระดับอะไมลอยด์ จำเป็นต้องหันความสนใจไปที่ผู้กระทำผิดรายอื่นๆ

การศึกษาล่าสุดหลายรายการแสดงให้เห็นว่า APOEε4 อาจมีส่วนทำให้เกิดความเป็นพิษที่เกี่ยวข้องกับฟีโนไทป์ของ AD และจนถึงปัจจุบัน APOE ยังคงเป็นปัจจัยเสี่ยงทางพันธุกรรมที่สำคัญที่สุดและทำซ้ำได้สำหรับ AD120

เมื่อพิจารณาถึงบทบาทของ APOEε4 ในการเกิดโรค AD และผลการป้องกันที่เป็นไปได้ของไอโซฟอร์ม ε2, Hu และเพื่อนร่วมงาน 121 ได้สร้างแบบจำลองเมาส์โดยใช้ไอโซฟอร์ม AAV8-APOE ที่ขับเคลื่อนโดยโปรโมเตอร์ GFAP ที่แสดงออกโดยเฉพาะในแอสโตรไซต์ในทุกบริเวณของสมอง ซึ่งส่งผลให้มีการเพิ่มขึ้นโดยรวม ในระดับ APOE ทั่วทั้งสมองหนู

การแสดงออกที่มากเกินไปโดยอาศัยไวรัสของ APOEε4 ในหนู APOEε4-TR เพิ่มอนุภาคไลโปโปรตีนของ APOE ที่มีไขมันต่ำ และลดคอเลสเตอรอลที่เกี่ยวข้องกับ APOE ในหนู APOEε4-TR ในทางกลับกัน APOEε2 การแสดงออกที่มากเกินไปใน APOEε4-TR หนูช่วยเพิ่มไขมัน APOE และคอเลสเตอรอลที่เกี่ยวข้อง

นอกจากนี้การแสดงออกที่มากเกินไปของ APOEε4 ทำให้ระดับของ Ab ภายนอกสูงขึ้น ในขณะที่การแสดงออกที่มากเกินไปของ APOEε2 มีแนวโน้มที่จะทำให้ Ab ภายนอกลดลง จากข้อมูลเหล่านี้ ผู้เขียนแนะนำว่าการเพิ่ม APOEε2 ในผู้ให้บริการ APOEε4 เป็นกลยุทธ์ที่เป็นประโยชน์ในการรักษา AD ในขณะที่การเพิ่ม APOEε4 ในผู้ให้บริการ APOEε4 นั้นเป็นอันตราย ในการศึกษาอื่น การฉีดไดเร็กอินเทรเบรรัลดำเนินการโดยใช้ AAV เพื่อแสดง APOEε2

การศึกษารายงานว่าการแสดงออกที่มากเกินไปของ APOEε2 ลดระดับ Ab ที่ละลายในสมองได้อย่างชัดเจน (รวมถึงโอลิโกเมอริก) และ - ที่ไม่ละลายน้ำ เช่นเดียวกับภาระของอะไมลอยด์ ในแบบจำลองเมาส์สองรูปแบบของอะไมลอยโดซิสในสมอง ซึ่งพยาธิวิทยาขึ้นอยู่กับการแสดงออกของหนูหรือไอโซฟอร์ม APOEε4 ของมนุษย์

Zhao และคณะ แสดงให้เห็นเพิ่มเติมว่าการลด Ab ของสมองในวงกว้างสามารถทำได้โดยการฉีดไวรัสเพียงครั้งเดียวผ่านการส่ง AAV ภายในทาลามิกที่แสดง APOEε2

โดยรวมแล้ว ข้อมูลเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าการส่งยีน AAV ของ APOEε2 โดยใช้ AAV สามารถช่วยเหลือผลกระทบที่เป็นอันตรายของ APOEε4 ต่อพยาธิวิทยาของอะไมลอยด์ในสมอง ดังนั้นแนวทางนี้อาจเป็นตัวแทนแนวทางการรักษาที่มีประสิทธิภาพสำหรับการรักษาหรือป้องกันโหลด

For more information:1950477648nn@gmail.com