Các mô hình động vật để thử nghiệm in vivo (1): Thiết lập và phân loại

Vai trò quan trọng củain vitroCác mô hình sàng lọc trong khám phá thuốc là không thể phủ nhận. Bằng cách mô phỏng sự tương tác giữa các loại thuốc và phân tử sinh học, các mô hình này cung cấp những hiểu biết sơ bộ về tính chất hóa lý, con đường trao đổi chất, tương tác thuốc và tính thấm xuyên màng của các phân tử ứng cử viên. Những dự đoán này đáng chú ý đóng góp vào sự hiểu biết sâu sắc hơn về các cơ chế hoạt động của thuốc nhưng cũng cung cấp hướng dẫn có giá trị cho tiếp theoin vivokiểm tra.

Tuy nhiên, điều quan trọng là phải thừa nhận sự khác biệt vốn có giữa môi trường được kiểm soát củain vitromô hình và môi trường sinh hóa phức tạp của một sinh vật sống. Những khác biệt này có thể phát sinh từ các yếu tố khác nhau, bao gồm sự phức tạp của các hệ thống sinh học, tương tác giữa các tế bào và các điều kiện sinh lý khác nhau giữain vitroVàin vivoCài đặt.

Do những khác biệt này, kết quả củain vitroCác xét nghiệm hoạt động có thể không phản ánh đầy đủ hiệu quả thực sự của thuốcin vivo. Do đó, trong khiin vitroCác mô hình sàng lọc giữ một vị trí không thể thiếu trong phát triển thuốc giai đoạn đầu, chúng không thể thay thếin vivokiểm tra. Các cơ quan quản lý trên toàn thế giới bắt buộc phải đệ trình toàn diệnin vivoDữ liệu trước khi một loại thuốc mới có thể được phê duyệt để phát hành thị trường, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của nó.

Trực tiếp sử dụng các đối tượng của con người để sàng lọc thuốc là không thực tế. Từ quan điểm đạo đức, quản lý các loại thuốc không được xác nhận đầy đủ cho con người đặt ra những rủi ro sức khỏe tiềm ẩn và có thể làm xói mòn niềm tin của công chúng vào ngành phát triển dược phẩm. Từ góc độ kinh tế, các thử nghiệm của con người đòi hỏi đầu tư tài nguyên và phải chịu sự không chắc chắn đáng kể, đặt căng thẳng tài chính đáng kể cho các dự án nghiên cứu ngay từ đầu.

Do đó, thiết lập hiệu quả và khả thiMô hình động vậtĐể đánh giá tác dụng của thuốc ứng cử viên đối với cơ thể người và tiến triển bệnh đã trở thành một bước không thể thiếu trong phát triển thuốc. Các mô hình động vật có thể mô phỏng quá trình sinh bệnh học và sinh lý bệnh của các bệnh ở người, cung cấp một môi trường xét nghiệm gần đúng hơn với tình trạng của con người. Thông qua các mô hình động vật, một đánh giá toàn diện về tính chất an toàn, hiệu quả và dược động học của thuốc ứng cử viên có thể được tiến hành, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho các thử nghiệm lâm sàng tiếp theo.

Bài viết này sẽ tập trung vào việc khám phá các ứng dụng và lợi thế của các mô hình động vật trong phát triển thuốc, với mục đích cung cấp những hiểu biết có giá trị cho các nỗ lực nghiên cứu trong tương lai. .

2.1 Can thiệp hóa học

Thiết lập mô hình động vật thông qua can thiệp hóa học liên quan đến việc quản lý các chất hóa học cụ thể cho động vật, thông qua việc tiêm hoặc cho ăn, để tạo ra những thay đổi sinh lý bệnh cụ thể. Các khía cạnh quan trọng của phương pháp này lựa chọn chất hóa học thích hợp và liều lượng chính xác để đảm bảo cảm ứng ổn định và có thể tái tạo của những thay đổi bệnh lý trong động vật.

Mô hình quản trị MPTP choBệnh ParkinsonPhục vụ như một ví dụ điển hình. MPTP (1- methyl -4- phenyl -1, 2,3, 6- tetrahydropyridine) là một chất độc thần kinh có chọn lọc.

Các sản phẩm cụ thể liên quan đến việc chọn chủng động vật và tuổi thích hợp, chẳng hạn như chuột C57BL/6 thường được sử dụng. Sau đó, liều MPTP được tính toán và xác định dựa trên mục tiêu thử nghiệm và trọng lượng cơ thể động vật. Thông thường, MPTP được sử dụng thông qua tiêm trong màng bụng, mỗi ngày một lần, trong vài ngày đến vài tuần.

Trong thời gian quản trị, việc quan sát chặt chẽ các thay đổi hành vi của động vật, chẳng hạn như phối hợp vận động và cân bằng tư thế, là cần thiết để đánh giá thiết lập mô hình. Hơn nữa, các xét nghiệm sinh hóa và phân tích mô học có thể được sử dụng để xác nhận thêm các đặc điểm sinh lý bệnh của mô hình.

Mô hình bệnh Parkinson gây ra bởi MPTP cung cấp một số lợi thế: nó sao chép một cách hiệu quả các dấu hiệu bệnh lý điển hình của bệnh Parkinson, chẳng hạn như mất các tế bào thần kinh dopaminergic ở provia nigra và giảm nồng độ dopamine; Quá trình thiết lập mô hình tương đối đơn giản, hoạt động thuận tiện và hiệu quả về chi phí; Và do các tác động độc hại chọn lọc và cụ thể của MPTP, mô hình thể hiện tính ổn định và khả năng tái tạo cao.

Tuy nhiên, mô hình bệnh Parkinson do MPTP gây ra cũng có những hạn chế nhất định. Ví dụ, nó có thể không hoàn toàn tóm tắt lại sinh bệnh học phức tạp và tiến triển bệnh lý của bệnh Parkinson của con người, và quá trình quản lý có thể gây ra một số tác dụng phụ và phản ứng độc hại. Do đó, đánh giá cẩn thận về khả năng ứng dụng và hạn chế của nó là cần thiết khi sử dụng mô hình này để nghiên cứu bệnh và phát triển thuốc.

2.2 Can thiệp vật lý

Hãy xem xét kịch bản mà chúng tôi mong muốn nghiên cứu các bệnh gây ra bởi các yếu tố vật lý bên ngoài, chẳng hạn như gãy xương, bong gân hoặc chấn thương do tập thể dục. Trực tiếp thử nghiệm về con người là không khả thi do mối quan tâm về đạo đức và rủi ro đáng kể. Đây là nơi mô hình động vật trở nên vô giá.

Các phương pháp can thiệp vật lý để thiết lập các mô hình động vật rất đa dạng, với ứng dụng lực phẫu thuật hoặc cơ học là phổ biến nhất. Ví dụ, trong nghiên cứu chữa lành gãy xương, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra một mô hình gãy xương ở chân của chuột hoặc chuột. Họ sử dụng các dụng cụ phẫu thuật chuyên dụng để mô phỏng chấn thương của gãy xương ở người và sau đó quan sát quá trình chữa bệnh ở động vật. Điều này có thể được xem như là một mô phỏng thu nhỏ của một "tai nạn" trên một giai đoạn nhỏ, cho phép quan sát về cách đối tượng "bị thương" phục hồi.

Một ví dụ khác liên quan đến việc nghiên cứu các bệnh van tim. Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng các kỹ thuật đặt ống thông để mô phỏng hẹp van hoặc hồi quy trong tim động vật. Thông qua thao tác phẫu thuật chính xác, ống thông được đưa vào tim của động vật để bắt chước các tổn thương van và những thay đổi tiếp theo trong chức năng tim được quan sát thấy. Điều này giống như cố ý giới thiệu một sự cố trong một cỗ máy phức tạp và quan sát phản ứng của nó.

Những phương pháp can thiệp vật lý này một cách đáng chú ý trong việc mô phỏng các tình trạng bệnh khác nhau nhưng cũng tạo điều kiện cho việc đánh giá hiệu quả và an toàn của mới. Ví dụ, trong một mô hình gãy xương, quản lý một loại thuốc mới được phát triển và quan sát tốc độ và chất lượng chữa bệnh xương có thể cung cấp những hiểu biết có giá trị. Tương tự, trong một mô hình bệnh van tim, khả năng của một loại thuốc mới để cải thiện chức năng tim và giảm các biến chứng có thể được đánh giá.

Hơn nữa, các phương pháp can thiệp vật lý thường được kết hợp với các kỹ thuật khác, chẳng hạn như chỉnh sửa gen và cảm ứng thuốc, để mô phỏng toàn diện hơn các bệnh ở người. Ví dụ, trong nghiên cứu ung thư, các nhà nghiên cứu trước tiên có thể sử dụng chỉnh sửa gen để gây ra các đột biến gen cụ thể ở động vật và sau đó sử dụng các can thiệp vật lý (như bức xạ hoặc cảm ứng hóa học) hình thành khối u totrigger.

2.3 Can thiệp di truyền

Can thiệp di truyền liên quan đến việc sửa đổi gen của một con vật để bắt chước các bệnh ở người. Cốt lõi của phương pháp này nằm ở việc tận dụng các công nghệ chỉnh sửa gen tiên tiến, như CRISPR/CAS9, để thay đổi chính xác bộ gen của động vật. Công nghệ này hoạt động giống như "kéo phân tử", có khả năng cắt chính xác và thay thế các trình tự DNA, do đó tạo ra các mô hình động vật với các đột biến gen đặc biệt.

Ví dụ, nếu mục tiêu nghiên cứu một bệnh di truyền do đột biến gen cụ thể, chẳng hạn như rối loạn phổ tự kỷ, công nghệ CRISPR/CAS9 có thể được sử dụng để đưa đột biến giống hệt nhau vào bộ gen của động vật (ví dụ, chuột hoặc chó). Những con vật này sau đó sẽ thể hiện các đặc điểm bệnh tật của bệnh nhân con người, cung cấp một nền tảng lý tưởng cho nghiên cứu.

Mô hình răng nanh của rối loạn phổ tự kỷ là một ví dụ thuyết phục về mô hình động vật can thiệp di truyền thành công. Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Yong Khánh Zhang dẫn đầu tại Trung Quốc đã giới thiệu thành công đột biến gen Shank3 thành chó bằng công nghệ CRISPR/CAS9, tạo ra mô hình Rối loạn phổ tự kỷ. Những con chó đột biến này đã sao chép một cách hiệu quả các biểu hiện lâm sàng cốt lõi của bệnh tự kỷ ở người, chẳng hạn như thâm hụt xã hội, cung cấp cho các nhà khoa học một công cụ nghiên cứu mới để khám phá chuyên sâu về cơ chế bệnh sinh và chiến lược điều trị cho tự kỷ.

Trong việc thiết lập các mô hình động vật thông qua can thiệp di truyền, kết hợp nó với các kỹ thuật khác như chuyển gen và cảm ứng hóa học có thể mô phỏng thêm sự phức tạp của các bệnh ở người. Ví dụ, một đột biến gen cụ thể có thể được đưa ra thông qua chỉnh sửa gen, tiếp theo là việc sử dụng các tác nhân hóa học để tạo ra những thay đổi sinh lý hoặc bệnh lý cụ thể, dẫn đến một sự tóm tắt toàn diện hơn về tình trạng bệnh ở người.

3.1 Mô hình động vật tương đồng

Các mô hình động vật tương đồng là những mô hình thể hiện mức độ tương tự cao với các cơ chế bệnh ở người. Chúng là biểu hiện gen và đặc điểm sinh lý của chúng, nhưng quan trọng hơn là trong nguyên nhân, tiến triển và phản ứng thuốc của bệnh, phản ánh các tình trạng của con người rất chặt chẽ. Điều này cho phép các nhà khoa học mô phỏng chính xác các quá trình sinh lý bệnh của các bệnh ở người ở động vật, cung cấp dữ liệu thực nghiệm vô giá để phát triển thuốc. Các đặc điểm chính bao gồm:

• Mô phỏng độ trung thực cao:Các mô hình động vật tương đồng sao chép chính xác các nguyên nhân, triệu chứng và phản ứng điều trị của các bệnh ở người, làm cho quá trình phát triển thuốc phù hợp và hiệu quả hơn.
• Sức mạnh dự đoán:Do sự tương đồng cao với cơ chế bệnh ở người và phản ứng thuốc, các mô hình động vật tương đồng có thể dự đoán hiệu quả của thuốc và tác dụng phụ ở người với độ chính xác hợp lý, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho các thử nghiệm lâm sàng.

Các mô hình nhiễm trùng vi khuẩn, được thiết lập bằng cách mô phỏng quá trình nhiễm vi khuẩn ở người, là các mô hình động vật với các đặc điểm sinh lý bệnh học. Những mô hình này rất quan trọng để hiểu sinh bệnh học của nhiễm trùng vi khuẩn và đánh giá hiệu quả của thuốc kháng khuẩn. Ví dụ, trong sự phát triển của kháng sinh, các nhà khoa học sử dụng các mô hình nhiễm vi khuẩn để đánh giá tác dụng ức chế và diệt khuẩn của các loại kháng sinh khác nhau, cung cấp một cơ sở khoa học cho thuốc lâm sàng.

3.2 Mô hình động vật đẳng cấu

Các mô hình động vật đẳng cấu đề cập đến những người chia sẻ các triệu chứng tương tự với các bệnh ở người và có thể chấp nhận được với các phương pháp điều trị tương tự. Tuy nhiên, không giống như các mô hình tương đồng, các nguyên nhân cơ bản của bệnh trong các mô hình đẳng cấu có thể khác với các mô hình ở người. Hãy xem xét tổn thương thoái hóa liên quan đến viêm khớp: Trong khi tiêm iodoacetate vào các khớp của mô hình động vật có thể gây ra viêm khớp và được sử dụng để nghiên cứu các tác động chống khu vực của các hợp chất, cơ chế hình thành của viêm xương khớp ở người là phức tạp hơn và không chỉ gây ra bởi iodoacetate. Các tính năng chính của các mô hình động vật đẳng cấu bao gồm:

• Sự tương đồng về triệu chứng:Các mô hình động vật đẳng cấu thể hiện các triệu chứng cao bệnh ở người, cho phép quan sát các thay đổi sinh lý bệnh tương tự ở động vật, cung cấp tài liệu tham khảo trực quan cho sự phát triển thuốc.
• Điều trị tương đồng:Do sự tương đồng về triệu chứng, các chiến lược điều trị tương tự thường có thể được áp dụng các mô hình động vật đẳng cấu và bệnh ở người. Điều này tạo điều kiện cho việc đánh giá hiệu quả và an toàn của thuốc.
• Sự khác biệt về căn nguyên:Mặc dù có sự tương đồng trong các triệu chứng và phương pháp điều trị, nguyên nhân cơ bản của bệnh trong các mô hình động vật đẳng cấu có thể khác với những người ở người. Sự khác biệt này đòi hỏi một phân tích thận trọng hơn về kết quả thử nghiệm khi sử dụng các mô hình đẳng cấu để phát triển thuốc để tránh ngoại suy trực tiếp các kết quả mô hình động vật cho con người.

Sử dụng tổn thương thoái hóa liên quan đến viêm khớp làm ví dụ, tiêm iodoacetate nội khớp có thể gây ra viêm khớp trong các mô hình động vật. Mô hình này chia sẻ sự tương đồng về triệu chứng với viêm xương khớp người, chẳng hạn như sưng khớp, đau và khả năng di chuyển hạn chế. Do đó, mô hình này có thể được sử dụng để đánh giá tiềm năng chống thoái hóa của thuốc. Tuy nhiên, sự phát triển của viêm xương khớp ở người phức tạp hơn, liên quan đến các yếu tố khác nhau như di truyền, môi trường và tuổi tác. Do đó, khi sử dụng các mô hình động vật đẳng cấu để phát triển thuốc, việc xem xét toàn diện các yếu tố này là rất cần thiết để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả thử nghiệm.

3.3 Mô hình động vật dự đoán

Các mô hình động vật dự đoán được sử dụng làm công cụ phát triển thuốc khi không có mô hình động vật trực tiếp tương ứng với bệnh ở người. Những mô hình này mô phỏng các triệu chứng và phản ứng của bệnh bằng các phương pháp khác nhau. Điều này có thể được ví như sử dụng một bản phác thảo vẽ tay để lên kế hoạch cho một tuyến đường khi bản đồ thực không có sẵn.

Hãy xem xét các bệnh tâm thần. Những điều kiện này đặc biệt phức tạp, không chỉ do nguyên nhân đa dạng của chúng mà còn bởi vì quan sát trực tiếp và hiểu trạng thái tinh thần của một con vật là một thách thức. Do đó, xác định chắc chắn liệu một con vật có thực sự bị bệnh tâm thần hay không. May mắn thay, các nhà khoa học đã phát triển một cách tiếp cận: gây ra hoặc làm trầm trọng thêm các triệu chứng tâm thần ở động vật bằng cách quản lý một số loại thuốc.

Ví dụ, hãy tưởng tượng phát triển một loại thuốc mới để điều trị trầm cảm. Trong trường hợp không có mô hình động vật phù hợp, các nhà nghiên cứu có thể tiêm cho chuột một chất được biết là gây ra các triệu chứng trầm cảm và sau đó quan sát thấy những thay đổi trong hành vi của chúng.

Nếu thuốc mới có thể làm giảm bớt các triệu chứng trầm cảm ở chuột, nó cung cấp bằng chứng sơ bộ cho thấy thuốc cũng có thể có hiệu quả trong điều trị trầm cảm ở người. Đương nhiên, đây là một dự đoán sơ bộ, và hiệu quả thực tế cần được xác nhận thông qua các thử nghiệm lâm sàng của con người.

4.1 Lựa chọn loài

Khi xem xét lựa chọn loài để phát triển mô hình, nó giống như lựa chọn cẩn thận các nguồn lực phù hợp cho một dự án phức tạp. Chọn mô hình động vật thích hợp ISAS quan trọng như lựa chọn các vật liệu tốt nhất.

Điều quan trọng là phải nhận ra rằng động vật Notall phù hợp như là mô hình phát triển thuốc. Chỉ là vật liệu asnotall phù hợp với một mục đích cụ thể, một số yếu tố phải được xem xét, bao gồm cấu trúc sinh lý của động vật, hệ thống trao đổi chất và tính nhạy cảm với bệnh quan tâm.

Khi chọn mô hình động vật, ưu tiên thường được dành cho các loài giống với sinh lý và bệnh lý tương tự như con người. Ví dụ, chuột và chuột thường được sử dụng trong phát triển thuốc do chu kỳ sinh sản nhanh chóng, dễ thao tác di truyền và chi phí thấp.

Tuy nhiên, đối với các bệnh cụ thể, các mô hình động vật chuyên biệt hơn có thể là cần thiết. Ví dụ, thỏ và khỉ là những mô hình ưa thích để nghiên cứu các bệnh nhãn khoa do cấu trúc mắt của chúng tương tự như con người.

Các loài linh trưởng không phải người (NHP), như các động vật xã hội với các cấu trúc phân cấp rõ ràng và các hành vi phức tạp, về mặt phát sinh, về mặt giải phẫu, sinh lý và sinh học giống với con người hơn so với các mô hình gặm nhấm thường được sử dụng. Chúng đóng vai trò là động vật thí nghiệm tiên tiến trong nghiên cứu khoa học y tế và cuộc sống, đóng vai trò không thể thay thế trong phát triển vắc -xin trong phòng ngừa và kiểm soát bệnh người, và trong nghiên cứu về chức năng não của con người và rối loạn thần kinh. Khi nghiên cứu về y học và sức khỏe của con người sâu sắc, các động vật mô hình bậc thấp đang chứng minh không đủ ở một số khu vực nhất định, tạo ra nhu cầu cấp thiết cho các mô hình động vật tiến hóa gần với con người hơn, như khỉ.

Trong các ứng dụng thực tế, các nhà khoa học đã đạt được kết quả đáng chú ý bằng cách chọn các mô hình động vật phù hợp. Ví dụ, trong nghiên cứu điều trị ung thư, các mô hình chuột đã hỗ trợ sàng lọc nhiều loại thuốc chống khối lượng hiệu quả. Trong nghiên cứu củaBệnh thoái hóa thần kinh, các mô hình ruồi giấm và tuyến trùng đã cung cấp những hiểu biết sâu sắc về các cơ chế phân tử khởi phát bệnh. Những ví dụ thành công này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn các mô hình động vật phù hợp trong phát triển thuốc mới.

4.2 Yêu cầu kích thước mẫu

Xác định số lượng động vật thí nghiệm thích hợp dựa trên năm yếu tố chính: nguyên tắc thống kê, mục tiêu thực nghiệm, đặc điểm động vật, kinh nghiệm trước và các quy định liên quan.

Nguyên tắc thống kê

Trong phát triển thuốc, mục tiêu là để có được kết quả không chỉ hiệu quả mà còn đáng tin cậy và có thể tái sản xuất. Điều này đòi hỏi phải áp dụng các nguyên tắc thống kê để ước tính kích thước mẫu cần thiết dựa trên kích thước hiệu ứng dự kiến, lỗi thử nghiệm và mức độ tự tin mong muốn. Về bản chất, giống như lật một đồng xu nhiều lần hơn dẫn đến một dự đoán chính xác hơn về xác suất của đầu hoặc đuôi.

Mục tiêu thử nghiệm

Mục tiêu thử nghiệm là một yếu tố quyết định quan trọng khác của số lượng động vật thử nghiệm cần thiết. Các mục tiêu thử nghiệm khác nhau đòi hỏi kích thước mẫu khác nhau. Ví dụ, các nghiên cứu độc tính của thuốc thường yêu cầu kích thước mẫu lớn hơn để đảm bảo độ tin cậy và độ an toàn của kết quả, trong khi kích thước mẫu nhỏ hơn có thể đủ trong giai đoạn sàng lọc thuốc sơ bộ.

Đặc điểm động vật

Các yếu tố như loài, tuổi, giới tính và tình trạng sức khỏe của động vật có thể ảnh hưởng đến việc xác định kích thước mẫu. Tương tự như cách các thành phần khác nhau yêu cầu thời gian nấu và mức nhiệt khác nhau, động vật có đặc điểm khác nhau có thể thể hiện các phản ứng khác nhau trong các thí nghiệm. Do đó, việc điều chỉnh kích thước mẫu dựa trên các đặc điểm của động vật thí nghiệm là cần thiết.

Kinh nghiệm trước

Kinh nghiệm trước đây và các quy định liên quan cũng có thể thông báo xác định số lượng động vật. Ví dụ, các nghiên cứu về một số bệnh hoặc thuốc có thể đã thiết lập các mô hình động vật và các giao thức thí nghiệm, cung cấp một cơ sở để xác định số lượng động vật cần thiết.

Các quy định liên quan

Các quốc gia và khu vực khác nhau có các quy định và hướng dẫn cụ thể về số lượng và điều kiện của động vật được sử dụng trong các thí nghiệm. Tuân thủ các quy định này là bắt buộc khi đặt số động vật thử nghiệm.