مدل های حیوانی چیست؟
مدلهای حیوانی خودبهخود مدلهایی هستند که برای آنها بیماری خاصی به طور طبیعی در حیوان مورد مطالعه ظاهر میشود. بنابراین، به عنوان مثال، سگ ها تنها مدل حیوانی خود به خود برای سرطان پروستات، یک بیماری مهم در سلامت انسان هستند. به طور کلی، مدل های حیوانی در مطالعات تقریباً هر شرایط انسانی ارزشمند بوده اند.
مدل های حیوانی نقش محوری و محوری در مهندسی بافت دارند. اگرچه پیشرفتها در زمینههایی مانند فناوریهای پرینت سه بعدی و بیوراکتور در حال حاضر توسعه و آزمایش کامپوزیتهای پیچیده داربست/سلول را در شرایط آزمایشگاهی امکانپذیر میسازد، آزمایش in vivo نه تنها برای روشهای پالایش در حال توسعه، بلکه برای کارایی حیاتی و تست ایمنی مورد نیاز برای نظارتها حیاتی است. تصویب.
با این حال، انتخاب مدل مناسب برای یک برنامه خاص همچنان یک چالش است، زیرا هر مدل نقاط قوت و ضعف خود را دارد. در برخی موارد، مسائل مربوط به اندازه وجود دارد که میتوان با آنها مبارزه کرد، زیرا افزایش مقیاس یک ساختار سهبعدی چالشهای قابلتوجهی با توجه به نفوذ، نفوذ و نیروهای ساختاری به همراه دارد.
در برخی دیگر، تفاوتهای فیزیولوژیکی بین گونهها باعث میشود مدلهای حیوانی مناسبی انتخاب شود که بهترین بیماری یا آسیب انسانی را نشان دهد. ملاحظات پزشکی، قانونی و اخلاقی نیازمند بررسی های پیش بالینی شدید محصولات زیست پزشکی جدید قبل از معرفی به کاربردهای بالینی است. برای پیشرفتهای دارویی، این مراحل به خوبی تعریف و تنظیم شدهاند، اما مهندسی بافت نیز به آزمایشهای قابل مقایسه و استراتژیهای توسعه نیاز دارد.
پس از اینکه رده های سلولی حیوانی برای ایجاد استراتژی های جدید مهندسی بافت در شرایط آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفت، از حیوانات زنده برای آزمایش زنده ماندن بافت های مهندسی شده در موجودات زنده استفاده می شود. عواملی که نمی توانند در مقیاس کوچکتر ارزیابی شوند شامل نقش رگزایی در بافت های تازه ایجاد شده، واکنش های ایمنی پیچیده به پیوند که در نهایت منجر به رد و التهاب می شود.
همچنین ملاحظات عملکردی مانند ویژگی های رئولوژیکی عروق است. پیوندها، عصب دهی، و خواص جنبشی بافت های مهندسی شده روده یا اثرات مداخلات جراحی. هر یک از این عوامل می تواند به طور قابل توجهی بر نتایج تجربی تأثیر بگذارد، اما همه مدل های موجود در یک یا چند جنبه دارای محدودیت هستند.
القای مدل های حیوانی چیست؟
همانطور که از نام آن پیداست، مدلهای القا شده شامل حیوانات سالمی میشوند که در آنها شرایطی که باید بررسی شود به صورت تجربی القا میشود، به عنوان مثال، القای دیابت با ویروس آنسفالومیوکاردیت، آلرژی به شیر گاو از طریق ایمنسازی با دوزهای کوچک پروتئین، یا هپاتکتومی جزئی برای مطالعه بازسازی کبد.
انواع القای مدل های حیوانی
مدلهای حیوانی را میتوان به یکی از پنج دسته زیر دستهبندی کرد:
- مدلهای القایی (تجربی)
- مدلهای خود به خود (ژنتیکی، جهشیافته)
- مدلهای اصلاحشده ژنتیکی
- مدلهای منفی
- مدل های orphan
- نحوه ایجاد مدل حیوانی بیماری در حیوانات آزمایشگاهی
مدل های بیماری حیوانی، حیواناتی غیر انسانی هستند که دارای آسیبشناسی هستند که ویژگیهای مشترکی با یک بیماری انسانی دارند. مدلهای بیماری میتوانند به طور طبیعی وجود داشته باشند یا بهطور مصنوعی ایجاد شوند و برای مطالعه بیماریهای انسانی با یک سیستم تجربی استفاده میشوند.
انواع روش درمانی پس از القای مدل بیماری حیوانی
محرکهای فیزیکی، مانند نور (تابش) و محرکهای شیمیایی (سلولهای سرطانی، بافت تومور، ساختارهای ژنتیکی مختلف، از جمله ویروسها، نوترکیب همولوگ و ویرایش ژن) میتوانند با هم برای ایجاد یک مدل بیماری حیوانی عمل کنند. علاوه بر این، رایجترین روش برای القای سرطان، استفاده از تکنیکهای میکروجراحی از تزریق سوسپانسیون سلولی تا پیوند بافت تومور است. کارآمدترین استراتژی، بهره برداری از مهندسی ژنتیک برای توسعه مدل های سرطان برنامه ریزی شده ژنتیکی است.
کاربرد مدلهای حیوانی برای بیماریهای انسانی
استفاده از مدل های حیوانی بیماری های انسانی برای درک بیشتر ما از مکانیسم های بیماری، برای کشف اهداف جدید برای درمان، و برای تحقیقات translational، حیاتی است.
نحوه ایجاد مدل حیوانی
مدل حیوانی گونهای غیر انسانی است که در تحقیقات زیستپزشکی مورد استفاده قرار میگیرد زیرا میتواند جنبههای یک فرآیند بیولوژیکی یا بیماری موجود در انسان را تقلید کند. مدل های حیوانی (مانند موش، موش، گورخرماهی و دیگران) از نظر آناتومی، فیزیولوژی یا پاسخ به یک پاتوژن به اندازه کافی شبیه انسان هستند که محققان می توانند نتایج مطالعات حیوانی را برای درک بهتر فیزیولوژی و بیماری انسان تعمیم دهند. با استفاده از مدلهای حیوانی، محققان میتوانند آزمایشهایی را انجام دهند که غیرعملی یا از نظر اخلاقی ممنوع است با انسانها.
القای مدل حیوانی سرطان
مدل های حیوانی سرطانی
مدل های حیوانی سرطانی سیستمهایی هستند که بهطور طبیعی وجود دارند یا به صورت مصنوعی ایجاد میشوند که ویژگیهای مشترکی با سرطانهای انسانی دارند. سیستم های آزمایشی برای مطالعه سرطان انسان شامل رده های سلولی و موجودات زنده مانند مگس میوه و موش های اصلاح شده ژنتیکی برای بررسی مسیرهای بیوشیمیایی یا ژنتیکی سرطان و آسیب شناسی است. مدل های حیوانی سرطان وسیلهای جایگزین برای تعیین علل و درمانهای بدخیمی فراهم میکنند، بنابراین منبعی از پتانسیل عظیم برای پزشکی سرطان را نشان میدهند. پیچیدگی مدلسازی سرطان در موشها به حدی افزایش یافته است که محققین میتوانند یک فرآیند پیچیده بیماری را به گونهای که انجام آن در بیماران غیرممکن است، مشاهده کرده و دستکاری کنند.
تکامل مدل حیوانی سرطانی
موش آزمایشگاهی (Mus musculus) به دلیل عوامل مختلفی از جمله اندازه کوچک و تمایل به تولید مثل در اسارت، طول عمر 3 سال، شباهت های فیزیولوژیکی و مولکولی گسترده به انسان و ژنوم کاملاً توالی شده، یکی از بهترین سیستم های مدل برای تحقیقات سرطان است. مدلهای سرطان M. musculus در چندین مرحله پیشرفت های زیادی داشته اند، از جمله تومورهای پیوند زنوگرافت مشتقشده از ردههای سلولی تومور یا ریزنمونهها، مواد سرطانزای شیمیایی و ویروسی، و چندین گونه از موشهای دستکاری شده ژنتیکی (GEM) که هر رویکرد مزایا و معایب خاص خود را داشته و انتخاب مناسب ترین سیستم برای چالش های خاص بسیار اهمیت دارد
کشت بافتی و کشت حیوانی
ایجاد خطوط سلولی از تومورهای انسانی و حیوانی تا حد زیادی دلیل پیشرفت های محققین در تحقیقات سرطانی هستند. به عنوان مثال، این مطالعات منجر به توصیف و کشف نهایی ژنهای تبدیلشونده شد و در نتیجه زمینهای را برای شناخت زیستشناسی سرطان و زیستشناسی سلولی فراهم کرد.
مدل های حیوانی سرطانی با منبع طبیعی
گونههای خاصی از موشها بهطور خودبهخود به سرطان مبتلا میشوند یا به دنبال قرار گرفتن در معرض محیط های مختلف، از جمله تشعشعات، مواد شیمیایی، ویروسهای بیماریزا و فلور میکروبی آلوده می¬شوند. این مدلها در مجموع برای مطالعات ژنتیکی و بالینی مختلف، از جمله شناسایی انکوژنها و ژنهای سرکوبکننده تومور (TSGs)، نقشهبرداری از ویژگیهای حساسیت تومور، که معمولاً به عنوان ژنهای اصلاحکننده نامیده میشوند، و ارزیابی اثرات سرطانزا یا پیشگیری کننده شیمیایی نقش آفرینی کرده¬اند.
مدل های دستکاری شده ژنتیکی(Genetically engineered models)
- GEM ها پیچیده ترین مدل های حیوانی سرطان انسان هستند و تعداد بسیار زیادی از آنها می¬توانند به طور دقیق ویژگی های پاتوفیزیولوژیکی و مولکولی بدخیمی های انسانی را تقلید کنند. علیرغم رویکردهای تکنیکی متنوع مورد استفاده، GEM را می توان به دو گروه تراریخته یا درون زا طبقه بندی کرد.
موشهای جهشیافته که به دلیل وجود پروموتر و عناصر تقویتکننده، انکوژنها را به شیوهای غیر فیزیولوژیکی بیان میکنند، عموماً GEM تراریخته نامیده میشوند. و GEMهای درون زا نشان دهنده¬ی موش های جهش یافته ای است که بیان TSGs را از دست می دهند یا TSGs یا انکوژن های منفی غالب را از پروموترهای بومی خود بیان می کنند.
چالش های فعلی و راه حل های بالقوه GEM های مدرن آماده کشف جنبه هایی از زیست شناسی و پزشکی سرطان است که دست یابی بالینی آنها دشوار یا غیرممکن است. این خوش بینی تا حد زیادی به دلیل پیشرفت اخیر در مهندسی ژنتیک، زیست شناسی تومور و فناوری زیست پزشکی است. با این حال، تمام GEM های توصیف شده تا به امروز نیز کاستی های خاصی را در تقلید بدخیمی انسانی نشان می دهند.
بیشتر بخوانید:عصاره گیری گیاهان دارویی چیست؟
- ژنتیک سرطان انسان در موش
از آنجایی که GEM برای مدل سازی سرطان های انسانی طراحی شده است، مهم است که ژنتیک سرطان انسان، نسل مدل های موش را هدایت کند. عدم رعایت این اصل ساده می تواند باعث اتلاف وقت و هزینه شود. همچنین این امکان وجود دارد که جهش های مختلف در یک ژن ممکن است فنوتیپ های کمی متفاوت را ایجاد کند. بنابراین، هنگام طراحی مدل های موش، باید به ضایعه انکوژنیک دقیق توجه شود.
- محدود کردن تجمع اولیه ی سرطان
اگرچه تصور میشود که سرطانهای انسانی از یک سلول جهشیافته منفرد در بافت یک اندام نسبتاً طبیعی ایجاد میشوند، ولی رویداد انکوژنیک در بسیاری از GEM ها به طور همزمان در سراسر اندام آغاز میشود و یک وضعیت غیرفیزیولوژیکی ایجاد میکند که در آن سلول پیش نئوپلاستیک در چارچوب یک ریزمحیط معمولی تکامل نمی یابد. بنابراین، تلاشهای جدیدی برای محدود کردن وقایع جهشزا به سلولهای کمتر؛ مورد نیاز است.
- مروری بر سینتیک سرطان زایی
دادههای مولکولی و اپیدمیولوژیک هر دو نشان میدهند که سرطانزایی یک فرآیند چند مرحلهای است که به تخمینی پنج تا شش allele جهشیافته برای ارتقای پیشرفت تومور نیاز دارد. موش های جهش یافته مرکب اکنون اغلب برای مطالعه اثرات هم افزایی جهش های متعدد استفاده می شوند. در مورد سرطان زایی اگرچه این آزمایشها به وضوح نشان میدهند که تومورها در موشهای جهش یافته مرکب سریعتر ظاهر میشوند، اما شروع همزمان همه ضایعات سرطانزا، باعث پیشرفت سریع تومور به شیوهای ناسازگار با تکامل سرطانهای انسانی میشود.
- موش های انسانی
یکی از انتقادات عمده به مدلسازی سرطان در موشها این است که زیستشناسی انسان و موش بسیار متفاوت است و مدلهای موش نمیتوانند تمام ابعاد بیماری های انسانی را شامل شوند. مطالعات مختلف نشان دادند تفاوتهای ذاتی بین انسان و موش استفاده از موشها را برای مدلسازی سرطان محدود میکند. از جمله اختلافات اساسی بین موش و انسان میتوان به ناپایداری ژنومی، بیان ژن، نشانگرهای زیستی، متابولیسم و سیستم ایمنی اشاره کرد.
- تشخیص بیماری
به استثنای بیمارانی که مستعد ابتلا به سرطان خانوادگی هستند، اکثر افراد پیش از مراجعه به پزشک به سرطان مبتلا شده اند. متأسفانه، هنگام کار با حیوانات آزمایشگاهی این امکان وجود ندارد و دانشمندان اغلب پس از پیشرفت قابل توجه بیماری، عوارض را تشخیص می دهند. در حال حاضر، اکثر محققان به بررسیهای روزانه سلامت متکی هستند، که شامل بررسی گذرا از قفس برای ویژگیهایی مانند رفتار ضد اجتماعی و عدم نظافت است.
همانطور که هر مدلساز با تجربه موش میداند، رفتار موش در طول روز تغییر میکند و تمایز بین علائم اولیه بیماری و تغییرات در رفتار طبیعی را به چالش میکشد. یک احتمال جالب، ادغام تکنیک های مورد استفاده توسط زیست شناسان رفتاری با زیست شناسی سرطانی است. به عنوان مثال، فرکانسهای رادیویی که اکنون برای ردیابی کلنیهای بزرگ موش استفاده میشوند، میتوانند برای پیگیری حرکت موش در طول شب و روز نیز مورد استفاده قرار گیرند.
هر نشانه اولیه بی حالی یا جدایی اجتماعی می تواند نشان دهنده ی القای بیماری باشد. روش بسیار پیچیده تر برای ردیابی بیماری اولیه استفاده از تکنیک های تصویربرداری غیرتهاجمی است. دو روش اساسی برای تصویربرداری از تومورها وجود دارد اولی روشهای مبتنی بر فناوری (مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) و اولتراسوند) است که هم در انسان و هم در موش استفاده میشود و دیگری روشهای مبتنی بر ژنتیک (مانند بیولومینسانس و فلورسانس) است.
خدمات در حوزه ایجاد مدل های حیوانی:
- ایجاد مدل زخم در حیوانات
- ایجاد مدل شکستگی
- ایجاد مدل آسیب عصبی
- ایجاد مدل سرطان
- ایجاد مدل آسیب ستون فقرات
- جاد مدل سکته مغزی