القای مدل‌های بیماری‌های مغزی در حیوانات کوچک آزمایشگاهی

مقدمه‌ای بر القای مدل‌های بیماری‌های مغزی در حیوانات کوچک آزمایشگاهی

یکی از ابزارهای کلیدی در مطالعه علوم اعصاب و بیماری‌های مغزی، استفاده از مدل‌های حیوانی است. پژوهشگران با بهره‌گیری از این مدل‌ها می‌توانند روند ایجاد، پیشرفت و پاسخ به درمان در بیماری‌های پیچیده مغزی را در محیطی کنترل‌شده بررسی کنند.

بیماری‌های مغزی مانند آلزایمر، پارکینسون، سکته مغزی، صرع و سایر بیماری‌های نورودژنراتیو در انسان دارای مکانیسم‌های پیچیده‌ای هستند که مطالعه مستقیم آن‌ها با محدودیت‌های جدی اخلاقی، عملی و فنی روبه‌رو است. به همین دلیل، استفاده از حیوانات کوچک آزمایشگاهی همچون موش‌ها و رت‌ها به‌عنوان جایگزینی مؤثر و مقرون‌به‌صرفه، جایگاه مهمی در پژوهش‌های علوم اعصاب یافته است.

دسته‌بندی مدل‌های بیماری مغزی

به طور کلی مدل‌سازی بیماری‌های مغزی در حیوانات آزمایشگاهی به دو گروه اصلی تقسیم می‌شود:

1. مدل‌های ژنتیکی:

در این دسته، از حیوانات دست‌کاری‌شده ژنتیکی یا تراریخته استفاده می‌شود. با وارد کردن جهش‌های انسانی مرتبط با بیماری یا حذف ژن‌های خاص، حیوانات ویژگی‌های پاتولوژیک مشابه بیماری انسانی را نشان می‌دهند. به‌عنوان مثال:

• موش‌های حامل ژن جهش‌یافته APP یا PSEN1 در پژوهش آلزایمر.
• مدل‌های Knockout یا Knock-in برای بررسی نقش ژن‌های خاص در بروز بیماری.
• استفاده از روش‌های نوین مانند CRISPR-Cas9 برای ایجاد تغییرات دقیق و اختصاصی در ژنوم.

2. مدل‌های اکتسابی (القایی)

در این رویکرد، بیماری به صورت مصنوعی در حیوان ایجاد می‌شود. روش‌های مختلفی برای القای بیماری وجود دارد:

• روش‌های شیمیایی و دارویی: استفاده از نوروتوکسین‌ها یا مواد خاص برای تخریب انتخابی نورون‌ها.
• روش‌های فیزیکی: مانند انسداد جریان خون مغزی یا ایجاد ضایعات مکانیکی.
• روش‌های جراحی: شامل جراحی استریوتکسی برای تزریق موضعی مواد به نواحی خاص مغز.
• روش‌های ایمنی‌شناختی: القای پاسخ‌های ایمنی علیه پروتئین‌های عصبی.

نمونه‌هایی از روش‌های القایی بیماری

• مدل پارکینسون: تزریق سموم عصبی مثل 6-OHDA یا MPTP برای از بین بردن نورون‌های دوپامینرژیک.
• مدل آلزایمر: تزریق پپتید آمیلوئید بتا یا پروتئین تاو به هیپوکامپ یا قشر مغز.
• مدل سکته مغزی: انسداد شریان مغزی میانی (MCAO) به صورت موقت یا دائمی.
• مدل صرع: تزریق مواد شیمیایی مانند پنتیلن تترازول یا کاینیک اسید برای ایجاد تشنج.

انتخاب روش القا به اهداف پژوهش، مدت مطالعه، هزینه، و شباهت پاتوفیزیولوژیک مدل به بیماری انسانی بستگی دارد.

مدل‌سازی بیماری پارکینسون در حیوانات کوچک آزمایشگاهی

بیماری پارکینسون یکی از شایع‌ترین بیماری‌های نورودژنراتیو است که با تخریب پیشرونده نورون‌های دوپامینرژیک در ناحیه Substantia Nigra pars compacta و کاهش انتقال دوپامین در مسیرهای حرکتی همراه است. علائم بالینی بیماران شامل لرزش استراحتی، سفتی عضلات، کندی حرکت (Bradykinesia) و اختلال در تعادل است.

روش‌های رایج مدل‌سازی در حیوانات

• تزریق 6-OHDA: این ماده با ورود به نورون‌های دوپامینرژیک، سبب تولید رادیکال‌های آزاد و مرگ انتخابی آن‌ها می‌شود. تزریق معمولاً یک‌طرفه به Striatum یا Substantia Nigra انجام می‌گیرد و باعث بروز علائمی مشابه نیمه‌جانبی در حیوان می‌شود.
• تزریق MPTP: این سم عصبی با عبور از سد خونی-مغزی به نورون‌های دوپامینرژیک آسیب می‌زند و مدل‌های نزدیک‌تری به پارکینسون انسانی ایجاد می‌کند.

نقش جراحی استریوتکسی در پارکینسون

استریوتکسی ابزاری حیاتی برای تزریق دقیق مواد به نواحی کوچک و عمیق مغز است. با استفاده از دستگاه استریوتکسی، مختصات سه‌بعدی مغز حیوان مشخص شده و تزریق دقیقاً به محل مورد نظر صورت می‌گیرد. این دقت بالا:

• از آسیب ناخواسته به بافت‌های مجاور جلوگیری می‌کند.
• موجب استانداردسازی و تکرارپذیری نتایج در بین حیوانات مختلف می‌شود.
• امکان مطالعه دقیق تغییرات رفتاری، الکتروفیزیولوژیک و بافت‌شناسی پس از القا را فراهم می‌سازد.

مدل‌سازی بیماری آلزایمر در حیوانات کوچک آزمایشگاهی

آلزایمر شایع‌ترین علت دمانس پیشرونده در سالمندان است. این بیماری با تجمع غیرطبیعی پروتئین‌های آمیلوئید بتا و تاو، ایجاد پلاک‌ها و گره‌های نوروفیبریلاری، کاهش سیناپس‌ها و مرگ نورون‌ها مشخص می‌شود.

رویکردهای مدل‌سازی آلزایمر:

1. مدل‌های ژنتیکی:

   • استفاده از موش‌های تراریخته حامل جهش‌های ژنی انسانی مرتبط با بیماری.
   • این مدل‌ها قادر به بازآفرینی بخشی از ویژگی‌های پاتولوژیک مانند تجمع آمیلوئید هستند.

2. مدل‌های القایی:

   • تزریق آمیلوئید بتا: القای پلاک‌های مشابه آلزایمر.
   • تزریق پروتئین تاو: ایجاد گره‌های نوروفیبریلاری و نقص‌های شناختی.
   • تزریق ترکیبی: القای هم‌زمان آمیلوئید و تاو برای افزایش شباهت به شرایط انسانی.

نقش استریوتکسی در مدل آلزایمر

از آن‌جایی که نواحی هدف مانند هیپوکامپ یا قشر پیش‌پیشانی بسیار کوچک و حساس هستند، استریوتکسی امکان تزریق با دقت میکرونی را فراهم می‌کند. بدون این تکنیک، دسترسی ایمن به این نواحی عملاً غیرممکن است.

مزایا و محدودیت‌های مدل‌های حیوانی

مزایا

• امکان مطالعه فرآیند بیماری در شرایطی کنترل‌شده.
• قابلیت آزمون روش‌های درمانی و داروهای جدید قبل از ورود به کارآزمایی انسانی.
• دسترسی به داده‌های مولکولی، بافت‌شناسی و رفتاری در طول زمان.
• هزینه کمتر نسبت به مطالعات انسانی.

محدودیت‌ها

• تفاوت‌های گونه‌ای بین حیوانات و انسان (مثلاً در ساختار مغز یا سیستم ایمنی).
• دشواری در بازآفرینی کامل علائم پیچیده انسانی مانند تغییرات شناختی و روانی.
• مسائل اخلاقی مرتبط با استفاده از حیوانات.

جمع‌بندی نقش جراحی استریوتکسی در مدل‌سازی بیماری‌های مغزی

استریوتکسی به‌عنوان ابزاری دقیق و استاندارد، نقش بی‌بدیلی در مدل‌سازی بیماری‌های مغزی دارد:

• تعیین مختصات سه‌بعدی برای دسترسی به نواحی عمیق مغز.
• کاهش آسیب ناخواسته به بافت‌های اطراف.
• افزایش تکرارپذیری و استانداردسازی آزمایش‌ها.
• امکان تزریق دارو، نوروتوکسین، پپتید، ویروس‌های تراریخته یا حتی کاشت الکترود برای مطالعات الکتروفیزیولوژیک.

با توجه به پیشرفت‌های اخیر در روش‌های ژنتیکی و ابزارهای تصویربرداری، انتظار می‌رود مدل‌سازی حیوانی در آینده به بازآفرینی دقیق‌تر بیماری‌های انسانی نزدیک‌تر شود. با این حال، رعایت اصول اخلاقی و استفاده مسئولانه از حیوانات همچنان سنگ‌بنای اصلی این حوزه از پژوهش باقی خواهد ماند.

همچنین بخوانید:

• کارآموزی نوروساینس: جراحی مغز
• تست های رفتاری در حیوانات کوچک آزمایشگاهی
• نوروفیزیولوژی