SiNAPSA, četrtek, 3. december 2020

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Alzheimerjeva bolezen in problematika živalskih raziskovalnih modelov

Maša Čater

Najpogostejša oblika demence, ki se pojavlja v globalni populaciji, Alzheimerjeva bolezen, velja za napredujočo nevrodegenerativno bolezen, za katero še vedno nimamo zdravila. 21. septembra obeležujemo Svetovni dan Alzheimerjeve bolezni, zato se bomo v tem prispevku posvetili novostim in aktualni problematiki pri raziskovanju te bolezni.

Alzheimerjeva bolezen je visoko na lestvici globalnih vzrokov smrti 1. Klinični znaki vključujejo napredujoče slabšanje kognitivne sposobnosti, pojav mentalnih patologij in sprememb v obnašanju, ki postopno vodijo do izgube sposobnosti za samostojno življenje. V zadnjih nekaj desetletjih so raziskave Alzheimerjeve bolezni doživele pravi razmah. Če pogledamo število znanstvenih objav na to tematiko, dobimo preko 32500 zadetkov od osemdesetih let 20. stoletja pa do danes (Slika 1). Eden od razlogov, zakaj se število raziskav Alzheimerjeve bolezni povečuje, je vedno večja prevalenca pojavljanja bolezni v populaciji, tako zaradi naraščajočega staranja prebivalstva kot zaradi vedno boljše diagnostike. Znanstveniki so odkrili že kar nekaj potencialnih zdravilnih učinkovin, ki so v predkliničnih študijah pokazale ustrezen zdravilni učinek, v kliničnih fazah testiranj pa so se izkazale za neučinkovite. To nakazuje na problematiko ustreznosti različnih živalskih raziskovalnih modelov, na katerih predklinične raziskave potekajo.

Ena bolezen v dveh oblikah

Glede na vzrok nastanka in različen pojav patologij, Alzheimerjevo bolezen delimo na dva podtipa in sicer na familiarno in sporadično. Sporadična oblika Alzheimerjeve bolezni je najpogostejša, saj se pojavlja pri kar 95 % bolnikov. Nastane zaradi kombinacije različnih genetskih in okoljskih dejavnikov, ni pa bolezen dokumentirana v družinski zgodovini pacienta. Med vzroke za nastanek sporadične Alzheimerjeve bolezni štejemo nalaganje β-amiloidov, hiperfosforilacijo proteina tau, oksidativni stres, vnetja, degeneracijo holinergičnih nevronov, nepravilnosti v črevesni mikrobioti, nepravilnosti v metabolizmu lipidov, nedelujočo avtofagijo, rezistenco na inzulin, nedelovanje sinaps in nepravilnosti v delovanju kovinskih ionov v možganih. Pri sporadični obliki bolezni se simptomi pojavijo zgodaj, medtem ko se večina simptomov pri familiarni Alzheimerjevi bolezni pokaže šele v kasnejših fazah poteka bolezni. Znanstveniki predvidevajo, da familiarno obliko povzročajo mutacije avtosomalnih kromosomov, β-amiloidni prekurzorski proteini in prezenilini. Obema oblikama Alzheimerjeve bolezni je skupna povečana prisotnost fosforiliziranega proteina tau v možganski skorji in v osrednjih možganih (t.i. tauopatija), oblikovanje amiloidnih plakov zaradi ekstracelularnih sedimentov β-amiloidov, izguba nevronov in atrofija možganov. Čeprav geni igrajo ključno vlogo pri nastanku obeh oblik bolezni, za razvoj sporadične Alzheimerjeve bolezni zgolj genetski dejavniki tveganja niso dovolj. Razlike med obema tipoma Alzheimerjeve bolezni se kažejo tudi v predelih možganov, ki jih bolezen najbolj prizadene. Pacienti s familiarno Alzheimerjevo boleznijo navadno izkazujejo močno parietalno atrofijo in številne nepravilnosti v beli možganovini, medtem ko so pri pacientih s sporadično obliko bolezni zaznali povečano izgubo volumna hipokampusa, povečano incidenco za sladkorno bolezen in debelost 2.

Problematika ustreznosti živalskih modelov

Glavno orodje za proučevanje patogeneze bolezni in testiranje terapevtske učinkovitosti ter varnosti novo razvitih zdravilnih učinkovin so živalski modeli. Gre za predklinični del raziskav, ki ga mora vsebovati vsako zdravilo v razvoju. Za čim boljše odkrivanje potencialnih zdravilnih učinkovin je izrednega pomena pravilna izbira živalskega modela. V znanosti žal idealnih živalskih modelov ni, zato znanstveniki z različnimi tehnikami stalno razvijajo nove, ki čim bolje simulirajo nastanek in potek bolezni pri človeku.

Čeprav je pojavnost sporadične oblike Alzheimerjeve bolezni pri ljudeh veliko večja od pojavnosti familiarne oblike, se zdravilne učinkovine tekom razvoja najpogosteje testirajo na živalskih modelih z razvito familiarno obliko bolezni. Najpogosteje so v rabi transgene miši, ki prekomerno izražajo človeške gene, ki so povezani s pojavom familiarne Alzheimerjeve bolezni. Zato ne čudi, da kar 99,6 % zdravilnih učinkovin v razvoju, ki so izkazovale obetajočo učinkovitost za zdravljenje v predkliničnih fazah na živalih, v kliničnih testiranjih ni bilo učinkovitih 3. Uporaba ne-idealnih živalskih modelov predstavlja ozko grlo za učinkovito selekcijo zdravil v razvoju in prenos v klinične študije na ljudeh. Razlike med obema oblikama Alzheimerjeve bolezni so med drugim vzrok za pojav negativnih rezultatov učinkovitosti novih zdravilnih učinkovin pri ljudeh. Živalski modeli s familiarno obliko pogosto ne razvijejo značilnosti sporadične oblike Alzheimerjeve bolezni (inzulinska rezistenca, vnetja, hiperholesterolemija, možganske poškodbe). Poleg tega je pojav Alzheimerjeve bolezni močno odvisen od genetske podlage pacienta, ki pa se razlikuje med živalmi in ljudmi 4. Razlika se zaznava tudi v času nastopa slabšanja kognicije pri živalskih modelih v primerjavi s človekom. Pri miših pride do istočasnega nastopa slabše kognicije in razvojem amiloidnih plakov, medtem ko začne kognicija pri ljudeh navadno pešati šele desetletja po začetku pojavljanja plakov v možganih 5 6. Gre torej za vrsto slabosti, ki jih imajo dosedanji raziskovalni živalski modeli.

V zadnjih desetletjih je bilo sicer razvitih nekaj novih živalskih modelov, ki razvijejo sporadično Alzheimerjevo bolezen, pri katerih pa se večinoma kažejo le nekatere podobne patološke spremembe kot jih najdemo pri ljudeh 2. Med temi so zaradi enostavnosti vzdrževanja kolonije, relativno nizkih stroškov in enostavnega rokovanja najpogosteje v rabi transgene miši in podgane. Pri tem pa pogosto prihaja do težav pri translaciji rezultatov. Raziskovalci najboljšo možnost za zmanjšanje razlik v nastanku nevropatoloških simptomov med glodalci in ljudmi v prihodnje vidijo v uporabi nečloveških primatov, saj imajo ti človeku najbolj podobne biološke lastnosti kot so zgradba tkiv, živčnega sistema, fiziološke in metabolne funkcije ter napreden sistem vida. Poleg tega jih je možno naučiti izvajati določena opravila znotraj testov obnašanja v kliničnih fazah in lažje ovrednotiti slabšanje kognicije. Nečloveški primati izkazujejo s starostjo povezano nevropatologijo, podobno človeški Alzheimerjevi bolezni, vendar pa je nastanek tauopatije redek ali zelo omejen. Tudi nekaj drugih živalskih vrst s staranjem naravno razvije Alzheimerjevi bolezni podobno patologijo, pri tem so najbolj raziskani psi in deguji. Še vedno pa ostaja vrsta znanstvenih in praktičnih omejitev za širšo uporabo kot optimalen živalski model za študije Alzheimerjeve bolezni, saj malokateri modeli izkazujejo taupoatijo, prav nobeden pa nima široko prisotnih nevrofibrilnih pentelj, kot jih najdemo pri Alzhemierjevi bolezni pri ljudeh 6.

Kako bo v prihodnje?

Ker gre za kompleksno bolezen, na katero vplivajo številni različni dejavniki, je pričakovano, da bodo v prihodnje svoj razmah v razvoju doživele multifunkcionalne učinkovine. Te bodo sinergistično uravnavale več terapevtskih tarč naenkrat 6. Raziskave nevropatologij in kognitivnih nepravilnosti pri različnih živalskih vrstah so pokazale, kako unikatno se Alzheimerjeva bolezen odraža pri človeku. Tako dandanes še nimamo idealnega živalskega modela za proučevanje najpogostejše, sporadične oblike te bolezni, ki bi v popolnosti simuliral vse patološke lastnosti pri ljudeh. Na podlagi velike genetske podobnosti s človekom in podobnosti v razvoju patologij, znanstveniki največji potencial za oblikovanje optimalnega sporadičnega Alzheimerjevega modela vidijo v nečloveških primatih, ki bi nekoč lahko nadomestili transgene glodavce.

    ___
  1. Takizawa C., Thompson P. L., van Walsem A., Faure C., Maier W. C. 2015. Epidemiological and economic burden of Alzheimer’s disease: a systematic literature review of data across Europe and the United States of America. J Alzheimers Dis. 43(4):1271‐1284. 

  2. Zhang L., Chen C., Mak M. S. H., Lu J., Wu Z., Chen Q., Han Y., Li Y., Pi R. 2019. Advance of sporadic Alzheimer’s disease animal models. Medicinal Research Reviews. 40(1):431-458. 

  3. Drummond E, Wisniewski T. Alzheimer’s disease: experimental models and reality. Acta Neuropathol. 2017;133(2):155‐175. 

  4. Götz J, Bodea LG, Goedert M. Rodent models for Alzheimer disease. Nat Rev Neurosci. 2018;19(10):583‐598. 

  5. Banik A, Brown RE, Bamburg J, et al. Translation of pre‐clinical studies into successful clinical trials for Alzheimer’s disease: what are the roadblocks and how can they be overcome? J Alzheimers Dis. 2015;47(4):815‐843. 

  6. Drummond E, Wisniewski T. Alzheimer’s disease: experimental models and reality. Acta Neuropathol. 2017;133(2):155‐175. 

dr. Maša Čater
Medicinska fakulteta
Univerza v Mariboru