Пут ка напретку у претклиничким студијама неуродегенеративних болести повезаних са старењем: перспектива модела глодара и ХиПСЦ изведених, део 1

Алцхајмерова болест (АД) и Паркинсонова болест (ПД) су две најраспрострањеније неуродегенеративне болести повезане са узрастом, и тренутно не постоји ефикасан клинички третман ни за једно ни друго, упркос деценијама клиничких испитивања.

Паркинсонова болест је хронични, прогресивни неуролошки поремећај који обично утиче на кретање и контролу мишића. Међутим, студије су показале да пацијенти са ПД обично немају опште когнитивно оштећење, што значи да памћење обично није погођено.

Многи пацијенти са ПД остављају за собом детаљне записе и стварна искуства из своје прошлости, што сугерише да имају добро дугорочно памћење. Поред тога, неке студије су такође показале да пацијенти са ПД могу боље обављати одређене специфичне задатке памћења, као што су дугорочна меморија, вербална меморија и просторна и временска оријентација. То је зато што су пацијенти са ПД обично више фокусирани и уроњени у детаље.

Ово не значи да пацијенти са ПД уопште немају проблема са памћењем. У неким случајевима, они могу имати мало другачије проблеме са пажњом и памћењем. На пример, они могу показати већу дистракцију приликом обраде велике количине информација, чинећи памћење и учење изазовнијим. Поред тога, неки пацијенти са ПД могу имати проблеме са краткорочним памћењем због емоционалних проблема или сложених задатака.

Ипак, то не значи да ће ПД нужно довести до губитка памћења. Пацијенти са ПД и даље могу да задрже своје памћење и когнитивне способности ако добију правовремени и одговарајући третман и подршку. Ово укључује рад са породицом и медицинским радницима како би добили лекове и неуролошке технике здравствене неге, као што су технике опуштања и дисања за ублажавање емоционалних проблема, чиме се повећава пажња и памћење.

Због тога треба да подстичемо пацијенте са ПД да комуницирају са људима око себе, размењују искуства, вежбају технике памћења и подржавамо их да активно лече и одржавају добро физичко и ментално здравље. Иако је ПД изазов за пацијенте, ми и даље верујемо да они могу да задрже позитиван и самоуверен став кроз снажну снагу воље и вредну подршку, да се суоче са изазовима живота и наставе да уживају у лепоти живота. Види се да морамо побољшати памћење, а Цистанцхе може значајно побољшати памћење јер је Цистанцхе традиционална кинеска медицина са много јединствених ефеката, од којих је једно побољшање памћења. Ефикасност Цистанцхеа потиче од различитих активних састојака које садржи, укључујући танинску киселину, полисахариде, флавоноидне гликозиде, итд., Који могу да унапреде здравље мозга на много начина.

Кликните на Кнов Ваис то Импрове Мемори

Неуспех да се претклинички налази преведу у ефикасне третмане указује на проблем у тренутној процени потенцијалних терапеутика. Тренутно не постоје корисни животињски модели за истраживање АД и ПД који одражавају целокупну биологију болести, посебно уобичајених не-Менделових облика.

Док поље наставља да тражи одговарајуће моделе глодара за истраживање потенцијалних терапеутика за ове болести, модели глодара се и даље користе првенствено за претклиничке студије.

Овде се залажемо за промену парадигме ка примени система добијених од плурипотентних матичних ћелија (хиПСЦ) од човека за моделирање ПД и АД и развој побољшаних модела заснованих на људима у посуди за откривање лекова и претклиничку процену терапијских циљева.

Терет Алцхајмерове болести (АД) и Паркинсонове болести (ПД)

АД и ПД су неуродегенеративне болести повезане са узрастом (НДД) које карактеришу патолошка обележја хроничне неуродегенерације и протеинских агрегација.

АД и ПД су две НДД које се најчешће односе на преваленцију широм света, које погађају око 29,8 милиона људи1 односно 6,2 милиона људи широм света, респективно. 5 година до 65. године, а затим експоненцијално расте до 85. године,3 и овај тренд између старења и повећања стопе инциденције слично се примећује и код ПД.4

Штавише, са брзим порастом старења становништва, предвиђа се да ће глобална стопа инциденције за ове болести драматично порасти у наредне три деценије, при чему се само у Сједињеним Државама процењује да ће имати скоро 14 милиона случајева АД до 2050. године.

Због хроничне природе и тренутног недостатка ефикасних опција лечења за ове болести, пацијенти често имају исцрпљујуће симптоме који захтевају сталну негу.

Ове болести не само да представљају значајан економски терет, већ и представљају значајан притисак на инфраструктуру здравствене заштите. У 2019., укупни доживотни трошкови неге за једног пацијента са деменцијом процењени су на 357 УСД,000, а укупна годишња плаћања за дуготрајну негу процењена су на 244 милијарде долара, трошак за који се предвиђа да ће порасти на 1,1 билион долара до 2050. године.6 Глобалне пројекције сугеришу да ће стопе инциденције наставити да расту и да могу да запрете да преплаве постојећу инфраструктуру здравствене заштите.7

Овај проблем је погоршан тренутним недостатком клинички ефикасних терапеутика који модификују болест (ДМТ). Развој ДМТ-а захтева напредак у нашем разумевању основних патогених механизама и узрочних фактора АД и ПД.

Предстојећа сазнања из основних научних истраживања АД и ПД могу потенцијално бити транслативна у откриће ДМТ-а и олакшаће клиничка испитивања.

Тренутни статус лечења АД и ПД

Тренутни третмани „златног стандарда“ имају за циљ побољшање управљања симптомима, а не куративни третмани основне болести. До данас постоји само 5 лекова које је одобрила америчка администрација за храну и лекове (ФДА) за АД, од којих су четири инхибитори холинестеразе (ривастигмин, такрин, галантамин и донепезил), а пети је Н-метил-Д-аспартат (НМДА) рецептор антагонист (мемантин).8

Штавише, терапеутици доступни за ПД имају за циљ вештачко допуњавање неуротрансмитера допамина (ДА) или катехоламина до физиолошких нивоа, без стварног лечења или спречавања дегенерације ових типова неурона.

Лечење ПД које је одобрила ФДА укључује прекурсоре ДА (леводопа[Л-ДОПА]), ДА агонисте (ротиготин и ропинирол), инхибиторе катехол-ометилтрансферазе (ЦОМТ) (ентакапон) и инхибиторе моноаминооксидазе Б (МАОБ) (селегилин и разагилин).9

Док ови агенси могу пружити одређени ниво привременог олакшања за пацијенте, они су ефикасни само у подскупини пацијената, временом постају мање ефикасни и што је можда најважније, не чине ништа да успоре или заустављају напредовање болести.10

Насупрот томе, лекови који су у развоју намењени да модификују патолошке процесе који доводе до АД или ПД и да делују на основне патогене механизме болести (тј. ДМТ) добијају све већи фокус истраживања и представљају веома атрактиван терапијски пут.

Упркос годинама опсежног истраживања усмереног на развој ДМТ за АД и ПД, тренутно не постоје клинички ефикасни третмани који спречавају или одлажу почетак ових болести или заустављају њихово напредовање.11,12

До данас је у клиничким испитивањима процењено преко 1,000 претпостављених терапеутика, при чему је преко 99% агенаса процењено у 413 клиничких испитивања између 2002. и 2012. године, што је резултирало незадовољавајућим исходима.8 Ова висока стопа неуспеха одражава недостатке у разумевању етиологије ове болести и такође указује на коришћење неодговарајућих модела болести у претклиничкој фази доказивања концепта.

Ово последње наглашава потребу да се ревидира дизајн претклиничких студија и да се побољшају модели болести који се користе у истраживању нових терапеутика ка моделском систему који у потпуности, или барем боље, рекапитулира кључне аспекте молекуларних процеса који подржавају ПД и АД.

Застоји у клиничким испитивањима АД и ПД: лекције из Адуцанумаба

Екстремно висока стопа неуспеха ДМТ-а развијеног за НДД, посебно оних који су усмерени на АД и ПД, стоји у јасном контрасту са другим болестима (нпр. рак), при чему је скоро половина тестираних терапеутика развијена за рак који показује корист код пацијената (хттпс:/ /цлиницалтриалс.гов/).

Иако се овај неуспех приписује многим аспектима цевовода за откривање лекова за ове болести, он првенствено произилази из недостатка разумевања биолошких процеса који доводе до ових болести, што може суштински да погрешно информише идентификацију циља.

На пример, већина клиничких испитивања АД је била усмерена на смањење нивоа бета-амилоида (Аб) агрегата и плакова коришћењем лекова који смањују производњу и агрегацију Аб и/или побољшавају његов клиренс. Нажалост, таква испитивања више пута нису успела да спасу фенотипове болести, а многи истраживачи и финансијска тела сада признају да фокус треба да се помери на друге потенцијалне кривце. Недостаци претклиничких модела болести, посебно тренутно преовлађујућих животињских модела, одиграли су главну улогу у пропагирању лажних наводних исхода ефикасности и безбедности у претклиничким испитивањима ових лекова.

Ово је можда најбоље илустровано у Аб циљаном леку заснованом на антителима, адуканумабу, који је развио Биоген користећи Неуриммуне-ову власничку платформу за реверзну транслациону медицину, која је до недавно била најперспективнији лек кандидата за АД (Табела С1).

Адуканумаб је показао значајно смањење броја амилоидних плакова присутних у мозгу трансгених (Тг) АД мишева и побољшао клиничке исходе (скенери позитронске емисионе томографије за амилоид за годину дана, неуропсихијатријске процене, квартални МРИ надзор и течни биомаркери1).

Учинак адуканумаба био је толико обећавајући, посебно у његовој способности да смањи амилоид, да док су претклиничке студије и студије раног клиничког стадијума биле у току, Биоген је истовремено водио два клиничка испитивања фазе 3 (ЕМЕРГЕ и ЕНГАГЕ). Стога су многи пацијенти, истраживачи и фармацеутски званичници били веома разочарани када није успео да одржи своју терапеутску ефикасност у испитивањима ЕМЕРГЕ и ЕНГАГЕ 2019. Штавише, откривено је да Аб вероватно није клинички релевантан терапеутски циљ за стварање ефикасног ДМТ-а за АД.

Ипак, Биоген тврди да је било неких позитивних користи у испитивању ЕМЕРГЕ, што је навело компанију да се пријави за регулаторно одобрење за адуканумаб у Сједињеним Државама у јулу 2020.

Различити додатни терапеутици који имају за циљ смањење Аб су на сличан начин наишли на упорни неуспех да се преведу у позитивне клиничке исходе. Године 2016, лек Ели Лили против анти-Аб антитела, соланезумаб, није успео да надмаши користи од плацеба у испитивању фазе 3 на 2.100 пацијената (Табела С1).

Лекарски гигант Мерцк је користио другачији приступ у борби против Аб код људи са касним почетком АД (ЛОАД) циљајући ензим б-секретазе 1 (БАЦЕ) са инхибитором верубецестатом (МК8931).

Након успешних претклиничких и клиничких испитивања фазе 1, Мерцк је започео испитивање фазе 2/3 МК-8931 2012. да би завршио испитивање крајем 2019. Ипак, Мерцк је на крају отказао ово испитивање почетком 2017. након што је независна студија открила да је " практично нема шансе“ да функционише, а други покушај лечења ранијих стадијума АД такође је одбачен почетком 2018. У 2014. години, АстраЗенеца и Ели Лилли најавили су споразум о заједничком развоју ланабецестата (АЗД3293), оралног БАЦЕ инхибитора.

После веома обећавајућих претклиничких и клиничких испитивања фазе 1, клиничко испитивање фазе 2/3 ланабецестата почело је крајем 2014. године, али је заустављено крајем 2018. пре планираног закључка због сличних неефикасних клиничких исхода.

Јохнсон & Јохнсон-ов БАЦЕ инхибитор атабецестат, дизајниран да успори когнитивни пад код људи са ризиком од АД, такође је повучен 2018. године када су ензими јетре порасли код учесника студије, што је ненамерни нежељени ефекат. 557 учесника у овом суђењу се још увек прате као део безбедносног праћења.

Поред тога, БАЦЕ инхибитори могу имати значајне нуспојаве везане за поремећену моторичку координацију јер су БАЦЕ ензими, посебно БАЦЕ1, неопходни за правилну функцију мишићних вретена.

Без обзира на то, БАЦЕ1 нокаут мишеви не показују патолошке исходе и савршено су здрави. Треба напоменути, међутим, упозорење да су све анти-Аб терапије опсежно тестиране на популацијама пацијената који пате од спорадичне АД (сАД) и ЛОАД-а, при чему још нису спроведене терапијске студије код пацијената са мање уобичајеним, раним, породичним облицима.

Поред тога, проблеми који укључују лош дизајн студије, погрешну фазу ЛОАД-а усклађеног са одређеним леком, ограничену статистичку моћ мера крајње тачке и укључивање неквалификованих учесника могу потенцијално допринети неуспесима повезаним са ЛОАД клиничким испитивањима.14 Многа од ових упозорења могу се заобићи побољшањем иначе недовољна и/или непотпуна претклиничка процена наводних ДМТ-а.

Иако је успешан развој лекова за болести спектра АД-ПД несумњиво отежан тренутним недостатком разумевања узрока и раних процеса који доводе до појаве болести, овај преглед се фокусира на недостатке претклиничких истраживања у контексту система модела болести. \

Дајемо преглед тренутних ин витро и ин виво система за моделирање АД и ПД у претклиничким студијама, истичемо њихове предности и ограничења и расправљамо о потреби за побољшаним моделима за развој успешних ДМТ.

У складу са овом перспективом, овај преглед се залаже за пажљив и промишљен прелазак са животињских модела НДД повезаних са узрастом и ка моделима заснованим на плурипотентним матичним ћелијама (хиПСЦ) изазваним људима како би се олакшале претклиничке студије са побољшаном предиктивном валидношћу за проспективне ДМТ. На крају, пружамо ажурирану процену тренутних хиПСЦ технологија и истражујемо будуће правце хиПСЦ модела.

Ин виво модели: тренутно стање ПД и АД животињских модела Преглед ин виво приступа моделирању

Различити модели организама су коришћени у проучавању АД и ПД у распону од једноставних бескичмењака, као што је Ц. елеганс, до сисара вишег реда, као што су нељуди примати.9,15

Једноставни модели бескичмењака представљају моћан оквир за процену нових фармаколошких и генетичких интервенцијских стратегија, нудећи предности ниске цене и могућност паралелног прегледа стотина потенцијално терапијских једињења; међутим, нервни систем бескичмењака није довољно сложен да би моделирао неуродегенерацију специфичну за регион уочену код АД и ПД, а бескичмењаци нису у стању да испоље поремећаје понашања у вези са болешћу.

Као такви, бескичмењаци се обично користе за тестирање почетне одрживости нових једињења да делују на путеве релевантне за болест, а они за које се утврди да су ефикасни прелазе на моделе засноване на сисарима за безбедносно профилисање и процену терапеутске ефикасности.

Примарни животињски модели који се користе у овој фази претклиничких испитивања су мишеви и пацови, а експериментални резултати ових студија заснованих на глодарима често служе као основа за одређивање да ли ће потенцијални терапеут напредовати до клиничких испитивања на људима. Упркос деценијама потенцијално обећавајућих претклиничких студија на глодарима, тренутно не постоје ефикасни ДМТ за АД и ПД.

Глодари представљају неколико могућности за моделирање НДД. Што је најважније, глодари су потпуни организми са старењем мозга, а њихов нервни систем показује општу хијерархијску организацију сличну оној уоченој код људи.

Конкретно, присуство анатомски различите супстанције нигре (СН) која обезбеђује ДА да подржи функцију моторног система заснованог на стријаталном лицу је од суштинског значаја за моделирање понашања ПД,10 док холинергички систем базиран на предњем мозгу који обезбеђује ацетилхолин хипокампусу (ХП) и кортекс за подршку учењу и памћењу је од суштинског значаја за моделирање АД.16

Још једна кључна карактеристика нервног система глодара је способност да манифестује ћелијске патологије уочене код АД и ПД, односно погрешно савијене протеинске агрегате који формирају интра- и екстрацелуларне инклузије познате под заједничким називом протеопатије.17

Заједно, присуство аналогне неуралне архитектуре и ћелијских путева чини глодаре атрактивним моделом за проучавање процеса релевантних за болест у контексту функционалних неуронских кола и сложених понашања. Осим тога, глодари нуде неколико економских и експерименталних предности у односу на сисаре вишег реда, као што су нељуди примати. Конкретно, студије о глодарима су релативно јефтиније, краће време и захтевају мање одобрења.

Међутим, упркос томе што поседују капацитет да у одређеној мери прикажу ове анатомске и патолошке карактеристике, модели глодара АД и ПД који истовремено рекапитулирају све клиничке и патолошке карактеристике тек треба да се развију.

Деценије истраживања су откриле да механизми који покрећу карактеристике болести код модела глодара нису нужно заједнички онима код природних болести код људи.18,19

Ово ограничење је вероватно повезано са чињеницом да глодари не живе довољно дуго да би природно развили НДД повезане са старењем, и сходно томе, ове карактеристике морају бити експериментално изазване у значајно компримованим временским оквирима, што је различито од начина на који се манифестују у људским популацијама.

Слично томе, лабораторијске животиње нису изложене факторима животне средине током деценија животног века као људи. Модели АД и ПД засновани на глодарима могу се широко поделити у две класе на основу методе која се користи за изазивање фенотипова повезаних са болестима: трансгени и модели засновани на хемијским токсинима.

Трансгени модели АД

Узрок АД је слабо схваћен; међутим, неколико патолошких карактеристика се доследно примећује код пацијената са АД. Патолошка обележја на молекуларном нивоу обухватају екстрацелуларне сенилне плакове састављене од нерастворљивих Аб пептида и интранеуронске неурофибриларне углове (НФТ) састављене првенствено од протеина тау повезаног са микротубулама, који је постао хиперфосфорилисан.20,21

Ови ћелијски фенотипови доводе до широко распрострањеног губитка неурона у дифузним регионима мозга, укључујући ХП, церебрални кортекс, цингуларни гирус, таламус, амигдалу, базалне ганглије и неке делове можданог стабла.22

Смрт неурона изазива когнитивна и бихевиорална оштећења, пре свега дефицит памћења. Дакле, идеалан животињски модел АД би показао ове молекуларне и ћелијске патолошке карактеристике и довео до когнитивних оштећења памћења и других понашања.

Породични, или аутозомно-доминантни, облик АД је резултат мутација гена прекурсорског протеина амилоида (АПП), пресенилина 1 (ПСЕН1) или пресенилина 2 (ПСЕН2), од којих сви играју улогу у метаболизму Аб, а основна компонента екстрацелуларних плакова.19

До сада је развијено скоро 200 АД мишјих модела (АЛЗФОРУМРесеарцх Моделс Датабасе; хттпс://ввв.алзфорум.орг/ресеарцхмоделс), са најчешћим манипулацијама усмереним на АПП или ПСЕН1 гене.23 АД трансгени модели који носе такве мутације нуде истраживачима могућност да индукују клиничке карактеристике манипулисањем генима повезаним са породично повезаним обликом болести (Табела 1); међутим, овај облик АД чини мање од 1% свих клиничких случајева, а степен укључености ових гена у њих много чешћи, спорадични облик остаје нејасан.24

Већина ових модела заснована је на аспектима хипотезе о амилоиду, са примарним циљем да се створи аберантна акумулација Аб пептида да би се репродуковали екстрацелуларни плакови карактеристични за АД.

Модели засновани на тачкастим мутацијама и прекомерној експресији АПП или ПСЕН показују одређене недостатке у учењу и памћењу, а неколико генерација модела показало је побољшање у способности моделирања формирања сенилног плака (Табела 1).

Међутим, практично ниједан од ових модела не може да репродукује акумулацију НФТ-а, а фенотип неуродегенерације је генерално скроман са обрасцем губитка неурона који се разликује од оног уоченог у АД.25–27. Други покушаји да се генеришу АДтрансгени модели миша фокусирали су се на хуману МАПТ експресију. , ген који кодира за тау, који је примарна компонента НФТ-а.28

Заједно, ови модели су показали да манипулација геном МАПТ може убрзати тау хиперфосфорилацију и агрегацију, што резултира формирањем НФТ-а, што узрокује клинички релевантан образац губитка неурона; међутим, ови модели не успевају да репродукују акумулацију Аб и формирање плакова29 (Табела 1).

Дакле, трансгени модели засновани на манипулацији генима повезаним са АД до сада нису успели да истовремено репродукују главне карактеристике АД, а њихова релевантност за спорадичне облике болести остаје нејасна. Штавише, релевантност ових модела је такође ограничена због прекомерне експресије мутираних трансгена, што не одражава физиолошке нивое.

Студије асоцијације на нивоу генома (ГВАС) откриле су преко 25 различитих генетских локуса повезаних са ризиком за развој ЛОАД-а, примарног спорадичног облика болести; међутим, ниједан од гена везаних за породицу који се односе на метаболизам Аб наведених изнад није идентификован као ризик за развој ЛОАД-а. Аполипопротеин Е (АПОЕ) је најјачи и најпоновљивији генетски фактор ризика за ЛОАД.53

АПОЕ ген даје три алелне варијанте АПОЕ: е2, е3 и е4, дефинисане са два СНП-а: рс429358 и рс7412.54 Од свог почетног открића, АПОЕ је опширно проучаван од стране више група; међутим, његова стварна улога у здрављу и механичка објашњења за његову аберантну функцију у контексту АД тек треба да се утврди.

Развијено је неколико АПОЕ трансгених модела да би се истражила интеракција између АПОЕ и аутозомно доминантних повезаних гена, као што је АПП (Табела 1). Раније је показано да увођење хуманог АПОЕ одлаже депозицију Аб у трансгеним мишевима који експримирају породичне АД (ФАД) мутације (фАД-Тг мишеви), укључујући 5кфАД-Тг мишеве, који прекомерно експримирају мутантни хумани Аб(А4) прекурсор протеин 695 (АПП) са Шведска (К670Н,М671Л), Флорида (И716В) и Лондон (В717И) фАД мутације, као додатак хуманом ПСЕН1 који садржи две мутације фАД, М146Л и Л286В.55

Важно је да ови модели успостављају експерименталну везу између АПОЕ и гена АД повезаних са породицом показујући да АПОЕ различито регулише вишеструке аспекте акумулације.

Интеракција између АПОЕ и МАПТ је такође била предмет истраживања, при чему се показало да присуство алелне варијанте АПОЕε4 значајно погоршава тау посредовану неуродегенерацију у моделу П301С тау трансгеног миша, показујући да АПОЕ такође може утицати на тау патогенезу и неуродегенерацију независно од Аб патологија.37

Све у свему, историјски фокус моделирања трансгеног АД на аутозомно-доминантне облике болести, који представљају мање од 1% случајева АД, путем манипулације генима везаним за породицу, чини њихову релевантност за огромну већину клиничких пацијената нејасном.

Све заједно, примарни проблеми са тренутним трансгеним моделима АД су број и сложеност укључених гена и недостатак јасног разумевања њихове улоге у етиологији болести, што отежава знати како или када манипулисати овим циљевима да би се верно репродуковале патологије АД, што се одражава у тренутном неуспеху да се генерише постојећи модел који истовремено репродукује све карактеристичне клиничке карактеристике болести како се манифестују код пацијената.

Многи од трансгених АД модела су успешни у независној прекомерној експресији Аб пептида или тау протеина и накнадном формирању сенилних плакова или НФТ-а, али практично номодели до данас могу да репродукују обе ове карактеристике паралелно,56 много мање верно репродукују уочене обрасце неуроналозе. и накнадна оштећења понашања као резултат тога.

For more information:1950477648nn@gamil.com