مقدمه‌ای بر القای کولیت در جوندگان: مدل های آزمایشگاهی و مکانیسم های التهابی
کولیت به معنای التهاب کولون (روده بزرگ)، از ویژگی های اصلی بیماری التهابی روده (IBD) می باشد و شامل کولیت اولسراتیو (UC) و بیماری کرون (CD) است. این بیماری های مزمن با پاسخ ایمنی نامنظم نسبت به میکروبیوتای روده، تخریب سد مخاطی، و نفوذ مداوم سلول های ایمنی به دیواره کولون مشخص می شود. از لحاظ بالینی، بیماران دچار درد شکمی، اسهال، خونریزی مقعدی و علائم عمومی دیگری نظیر خستگی و کاهش وزن رنج می برند.
از آنجا که ماهیت این بیماری چندعاملی است و شامل زمینه های ژنتیکی، عوامل محیطی، اختلالات ایمنی و عدم تعادل میکروبیوتاست، مدل سازی آن نیاز به انتخاب دقیق روش القا دارد. انتخاب مدل جونده، به ویژه موش و رت، در بررسی مسیرهای سلولی و مولکولی اهمیت ویژه ای دارد. در میان روش های موجود، مدل های شیمیایی مانند دکستران سولفات سدیم (DSS) و تری نیتروبنزن سولفونیک اسید (TNBS) پرکاربرد هستند و هر یک جنبه خاصی از بیماری انسانی را شبیه سازی میکنند.
القای کولیت با دکستران سولفات سدیم
این روش یکی از پرکاربرد ترین روش های القای کولیت حاد در موش سوری است. به دلیل سادگی، تکرار پذیری و قدرت بالای آن در در شبیه سازی UC، رایج است و در آن سد اپی تلیالی کولون مستقیم مورد هدف قرار میگیرد. DSS یک پلی ساکارید سولفاته است که با افزودن به آب آشامیدنی جونده ها باعث آسیب شیمیایی به اپی تلیوم کولون و ایجاد پاسخ التهابی شدید میگردد.
از نظر مکانیسمی، DSS با تخریب پروتئین های اتصال دهنده سلولی و القای سمیت در سلول های اپی تلیال مخاط کولون، منجر به اختلال در سطح مخاطی می شود و در نتیجه محتویات لومن شامل باکتری ها و محصولات آن مثل LPS و آنتی ژن های غذایی، به لامیناپروپریا نفوذ می کنند. پس از نفوذ این عوامل، سلول های ایمنی ساکن نظیر سلول های دندریتیک، ماکروفاژها و سلول های لنفوئیدی ذاتی فعال شده و یک آبشار التهابی را آغاز میکنند. سیتوکین های کلیدی مانند TNF-α، IL-1β، IL-6 و IL-17 آزاد شده و موجب جذب بیشتر نوتروفیل ها و مونوسیت ها به محل آسیب می شوند.
در روند التهاب، بافت کولونی دچار تغییرات هیستوپاتولوژیکی قابل توجهی می شود. این تغییرات شامل از بین رفتن سلول های گابلت، تغییر شکل کریپت ها، زخم ،ادم و نفوذ سلول های ایمنی به مخاط و زیر مخاط است. شدت کولیت معمولا از طریق کاهش وزن، قوام مدفوع، وجود خون مخفی و اندازه کولون در بافت شناسی ارزیابی می شود.
شدت و مزمن بودن کولیت با این روش، به غلظت ماده (معمولا 1-5% در آب آشامیدنی) و مدت زمان تجویز (5-7 روز برای نوع حاد و چرخه های تکرار شونده برای نوع مزمن) بستگی دارد. این مدل به ویژه برای ارزیابی ترمیم اپی تلیال، تعاملات میزبان و میکروتوبیا، ایمنی ذاتی و درمان هایی که سد اپیتلیال را هدف قرار می دهند مفید است.
از مزایای اصلی انجام این روش، سادگی و شروع سریع آن است. هرچند، فاقد اجزای ایمنی اکتسابی وابسته به سلول های T است که در بیماری کرون برجسته تر اند. همچنین، بسته به نژاد موش و نوع DSS ممکن است در نتایج تنوع هایی مشاهده شود. با وجود این محدودیت ها، این روش همچنان پرکاربرد ترین مدل در پژوهش های مرتبط با IBD می باشد.
القای کولیت با تری نیتروبنزن سولفونیک اسید (TNBS)
برخلاف مدل DSS که عمدتا سد اپی تلیالی را هدف قرار داده و کولیت اولسراتیو را شبیه سازی میکند، این مدل شبیه سازی شده کولیت، با پاسخ ایمنی وابسته به سلول های T و نوع Th1 همراه است و بیشتر شبیه نوع کرون می باشد. این مدل ترکیبی از آسیب شیمیایی و فعال سازی ایمنی از طریق هاپتن سازی است و پاسخ التهابی شدید و قابل بازتولیدی را در دیواره کولون ایجاد می کند.
TNBS به عنوان یک عامل هاپتن زا، زمانی که محلول در اتانول 50% به صورت رکتال تزریق شود، از سد اپی تلیال عبور کرده و با پروتئین های کولونی ترکیب می شود و آن ها را به آنتی ژن تبدیل می کند. در این تزریق، وجود اتانول به این دلیل ضروری می باشد که به طور موقت سد مخاطی را تخریب می کند و ورود ماده به لایه های عمیق تر را ممکن می سازد. پس از تشکیل کمپلکس هاپتن-پروتئین، سیستم ایمنی این ترکیبات را به اشتباه عامل خارجی شناسایی کرده و پاسخ تاخیری از نوع حساسیتی (DTH) ایجاد می کند.
این واکنش ایمنی عموما توسط سلول های CD4+ T، به ویژه زیرگروه Th1، هدایت می شود و مقادیر بسیار زیادی TNF-α و اینترفرون گاما(IFN-γ)، به همراه میانجی های التهابی دیگری مانند IL-12 تولید می کند. در نتیجه التهاب التهاب transmural ، ضایعات گرانولوماتوز، زخم های عمیق، آبسه های کریپت و فیبروز ایجاد می شود که از لحاظ پاتولوژیکی شبیه ویژگی های بیماری کرون در انسان است.
از نظر بالینی، حیوانات مدل القای این نوع بیماری، کاهش وزن سریع، اسهال، مدفوع خونی، و علائم عمومی بیماری را نشان می دهند. بررسی بافت شناسی، نفوذ گسترده لکوسیت ها، نکروز و ضخیم شدن دیواره کولون را نشان می دهد. محققین معمولا از این مدل برای بررسی ایمنی اکتسابی، آزمایش دارو های سرکوبگر ایمنی و نقش میکروبیوتا در تنظیم ایمنی مخاطی استفاده میکنند.
در این مدل عموما رت یا موش سوری را تحت بیهوشی ملایم قرار داده و TNBS را (معمولا 2-5mg) محلول در اتانول به وسیله یک کاتتر انعطاف پذیر درون رکتوم تزریق میکنیم. سپس برای اطمینان از توزیع یکنواخت، حیوان را به حالت سرپایین نگه می داریم.
این مدل القای کولیت، ابزاری موثر برای مطالعه زیست شناسی سلول های T، تنظیم سیتوکین ها و و درمان های سلولی نظیر سلول های بنیادی مزانشیمی یا سلول های T تنظیمی است. با این حال، این مدل دارای محدودیت هایی نظیر تغییرات بین دسته ای، وابستگی به غلظت اتانول و تفاوت در در پاسخ های ایمنی بین حیوانات است. با این وجود، یکی از مدل های ایمنی محور شناخته شده در پژوهش های پیش بالینی کولیت محسوب می شود.
القای کولیت با اسید استیک
القای کولیت با اسید استیک، یکی از ابتدایی ترین و ساده ترین روش های شیمیایی برای ایجاد التهاب کولون در جوندگان، به ویژه در رت ها ( موش صحرایی) محسوب می شود. این مدل شباهت زیادی به کولیت اولسراتیو، به ویژه در فاز حاد آن دارد و برای غربالگری عوامل ضد التهابی، آنتی اکسیدانی و ترمیم کننده زخم کاربرد زیادی دارد. محبوبیت این مدل به دلیل سادگی، قابلیت تکرار زیاد و هزینه نسبتا پایین آن است.
پاتوفیزیولوژی این مدل با تزریق رکتال محلول رقیق اسید استیک (معموا با غلظت 3-5%) تحت بیهوشی ملایم آغاز می شود. این اسید به سرعت از سد مخاطی عبور کرده و نکروز انعقادی در لایه اپی تلیال ایجاد می کند. این آسیب شیمیایی منجر به از بین رفتن فوری یکپارچگی اپی تلیال و آغاز پاسخ التهابی موضعی می شود.
اسید استیک عموما به عنوان یک تحریک کننده شیمیایی عمل میکند و باعث آسیب به لایه های مخاطی و زیر مخاطی کولون می شود. این آسیب غیر اختصاصی ولی شدید است و ظرف چند ساعت موجب پوسته ریزی اپی تلیال، گشاد شدن عروق و ایجاد ادم می شود. مخاط آسیب دیده، نفوذپذیری بالایی نسبت به محتویات لومن از جمله باکتری ها و آنتی ژن ها پیدا میکند که پاسخ ایمنی موضعی را تشدید میکند.
فرآیند التهابی با جذب سریع نوتروفیل ها، ماکروفاژ ها و سلول های تک هسته ای به لامینا پروپریا و موسکولاریس موکوزا همراه است. این سلول های ایمنی، واسطه های التهابی مختلفی مانند مایلوپروکسیداز (MPO)، نیتریک اکسید(NO)، TNF-α, IL-1β را آزاد می کند. استرس اکسیداتیو نیز نقش مهمی را ایفا میکند و گونه های فعال اکسیژن (ROS) در محل آسیب به میزان فراوانی تولید می شود که به تخریب بیشتر بافت و تداوم التهاب منجر می شود.
از نظر پاتولوژی، در این مدل، کولون دچار نشانه های التهاب اولسراتیو حاد از جمله تخریب کریپت، کاهش سلول های گابلت، فرسایش اپی تلیوم، خون ریزی و نفوذ سلول های التهابی می شود. شدت آسیب به غلظت، حجم استیک اسید و همچنین نژاد و وزن حیوان بستگی دارد. معمولا ضایعات به کولون انتهایی محدود شده و طی 24-48 ساعت پس از تزریق ظاهر می شوند.
با وجود سادگی، این مدل محدودیت هایی نیز دارد. مزمن نبودن، نداشتن حافظه ایمنی، و عدم ایجاد التهاب گرانولوماتوز که در مدل های مزمن UC یا کرون دیده می شود، و همچنین عدم ایجاد تعامل میکروبیوتا-ایمنی که در IBD انسانی نقش دارد، از مشکلات القای این مدل بیماری می باشد. با این وجود، این مدل همچنان ابزاری ارزشمند برای بررسی آسیب مخاطی حاد محسوب می شود و اغلب به صورت ترکیبی با سایر مدل ها برای اعتبار سنجی نتایج درمانی استفاده می گردد.
نتیجه گیری
مدل های کولیت در جوندگان به ابزار های اجتناب ناپذیر در گاستروانترولوژی و ایمونولوژی تجربی تبدیل شده اند و بستری قدرتمند برای بررسی مکانیسم های التهاب روده، آسیب مخاطی و مداخلات درمانی فراهم می کنند. مدل های شیمیایی تثبیت شده شامل کولیت القایی با TNBS، DSS و اسید استیک، هر کدام پروفایل های پاتولوژیک و مکانیسمی متفاوتی را ارائه می دهند که جنبه های مختلف IBD انسانی را بازتاب می دهند.
- مدل DSS؛ عمدتا اپی تلیوم کولون را هدف قرار داده و با تخریب سد مخاطی، نفوذ آنتی ژن های لومن را تسهیل می کند و پاسخ ایمنی ذاتی شدیدی ایجاد میکند. این مدل سریع، تکرارپذیر و برای مطالعات سد اپی تلیالی، ایمنی ذاتی و تعامل میکروبی مناسب است.
- مدل TNBS در مقابل، با القای پاسخ ایمنی سلول های T محور از نوع Th1، و التهاب ترنس مورال، شباهت زیادی به بیماری کرون دارد. این مدل برای بررسی سیتوکین ها، دارو های سرکوبگر ایمنی و ایمنی اکتسابی کاربرد دارد.
- مدل اسید استیک، روشی ساده برای ایجاد آسیب حاد اپی تلیال و التهاب است و برای مطالعات کوتاه مدت با محوریت ترمیم مخاط و ارزیابی داروهای ضد التهاب و آنتی اکسیدان کاربرد دارد
هریک از این مدل ها دارای نقاط قوت و کاربرد های مشخص خود هستند. مدل DSS برای مطالعات مبتنی بر سد مخاطی و غربالگری دارویی با توان بالا مناسب تر است. مدل TNBS برای بررسی ایمونولوژی سلول های T و سیوتوکین ها ترجیح داده می شود و مدل استیک اسید، الگویی سریع و در دسترس برای آسیب اپی تلیالی است که در تحقیقات مربوط به ترمیم و داروهای طبیعی کاربرد دارد.
در مجموع، مدل های شیمیایی کولیت در موش و رت، همچنان سنگ بنای تحقیقات در IBD محسوب می شوند و با فراهم کردن بینش های مکانیکی متنوع و مرتبط، مسیر کشف درمان های نوین و درک بهتر بیماری های گوارشی انسانی را هموار می سازند.
همچنین بخوانید:
- خدمات القا انواع بیماری و ایجاد حیوان مدل
- دوره کارآموزی کار با حیوانات آزمایشگاهی
- خرید انواع رت و موش آزمایشگاهی
