Despre oameni si soareci utilizati in testele clinice. Cat de mult semanam cu

soarecii? De ce avem nevoie de ei?

Pentru a dezvolta un nou medicament, acesta trebuie sa fie testat într-o serie de studii clinice la om unde se evalueaza siguranta si toleranta. Exista diferite tipuri de cercetare clinica: de tratament, profilaxie, stil de viata, diagnostic, genetice si epidemiologice. În astfel de studii de planificare cercetatorii se confrunta cu anumite intrebari: ce doza initiala trebuie utilizata? Ce efecte adverse ar putea avea? Exista vreo modalitate de a obtine informatii despre siguranta unui medicament înainte de a fi testat pe oameni?

Soarecii au fost folositi cu succes pentru a valida scopurile

medicamentelor, eficacitatea si doza sigura pentru om. In

acelasi timp, soarecii se pot folosi pentru dezvoltarea rapida

de tratamente pentru boli foarte rare, unde numarul redus de

pacienti împiedica crearea de studii clinice.

Uniunea Europeana a investit 550 milioane EUR în peste 180

de proiecte care implica modele de soareci, incepand cu 1998

si in mai 2010, Comisia Europeana a organizatun

workshop legat de utilitatea folosirii soarecilor in cercetarile

din domeniul sanatatii umane.

Ce fel de soareci sunt utilizati pentru experimenteCeea ce face soarecele atat de special este similaritatea genomului sau cu genomul uman (99% din genele umane sunt gasite la soareci).

Desi exista specii (cum ar fi cainii, porcii si primatele), care

sunt chiar mai strans legate de noi decat soarecii, lucrul cu

aceste animale mari este costisitor si ridica anumite probleme

de natura etica. Datorita dimensiunilor lor reduse si timpului

scurt de generare si reproducere, pastrarea soarecilor este

relativ simpla si necostisitoare. În plus, deoarece acestia au

fost utilizati pe scara larga în cercetare de zeci de ani,

cercetatorii inteleg mai bine biologia si genetica soarecilor si

au dezvoltat un numar mare de instrumente si tehnici pentru

a-i studia. Aceste instrumente genetice nu sunt înca

disponibile pentru mamifere mari.

În ultimii ani s-a înregistrat o crestere în utilizarea de soareci

modificati genetic (de multe ori cunoscuti ca modele de

soareci “GEMMs”), în cercetare si studii preclinice. Unele dintre

aceste modele pot imita o gama larga de boli umane si

probleme de sanatate, cum ar fi cancerul si diabetul. Este

singurul model la care este posibil sa generezi un organism in

care o anumita gena a soarecelui a fost inlocuita cu gena

umana asemanatoare. Acest soarece “umanizat” va produce si

va trai cu versiunea umana a proteinei. Pot fi creati soareci

umanizati avand o versiune mutant a unei gene umane,

cunoscute a fi asociata cu o boala specifica. Un astfel de

model poate fi folosit pentru a testa eficacitatea posibila a unui

medicament.Soarecii modificati genetic trebuie sa fie validati, reproductibili, eficienti in raport cu costurile pentru a fi considerati optimi de catre industria farmaceutica.

Utilizari cu succes

Medicamente impotriva cancerului

Unul dintre exemplele cele mai importante ale modului de

utilizare a modelelor de soareci care pot salva vieti omenesti

vine de la profesorul Pier Paolo Pandolfi de la Harvard Medical

School din Statele Unite. La inceputul carierei sale a descoperit

mutatii genetice responsabile pentru leucemia acuta

promielocitara (LAP). APL este un cancer frecvent la

persoanele mai tinere (majoritatea pacientilor au varsta

cuprinsa între 15 si 55). Pana de curand, a fost extrem de

dificil de tratat, dar astazi datorita cercetarilor care implica

GEMMs, cei mai multi pacienti sunt complet vindecati.

Medicamente anti-obezitate

Lucrul cu gena leptinei la soareci a demonstrat rolul acestui

hormon in reglarea poftei de mancare si, prin extensie, in

prevenirea obezitatii. In zilele noastre, leptina este folosita ca 

tratament pentru persoanele care sufera de un anumit tip de

obezitate.

Folosirea terapiei genetice pentru tratamentul

diabetului zaharat

Cazurile de diabet zaharat sunt în crestere la nivel mondial,

dar tratamentul ramane dificil. Fatima Bosch de la

Universitatea Autonoma din Barcelona în Spania a dezvoltat un

tratament  pentru diabetul zaharat tip 1 la soareci, in care

soarecii au fost injectati cu vectori virali care contin gene

sanatoase. Soarecii au fost complet vindecati. În urma

succesului obtinut la soareci, Bosch a continuat sa dovedeasca

eficacitatea acestei terapii genetice la caini. Studiile clinice pe

oameni sunt acum planificate.

Deoarece soarecii se reproduc rapid si tind sa aiba pui mari,

cercetatorii nu trebuie sa astepte mult timp pentru a evalua

rezultatele testelor la urmatoarele generatii, acestea apar în

cateva luni, nu in ani de zile cum s-ar intampla la subiectii

umani.

Probleme care apar in testele clinice care utilizeaza

soareci

Soarecii nu sunt întotdeauna modele preclinice fiabile pentru

bolile umane si literatura stiintifica este plina de exemple de

medicamente care au functionat bine la animale, dar s-au

dovedit a fi ineficiente în studiile clinice pe oameni. Aceste

esecuri costa milioane de euro industria farmaceutica.

De exemplu, multi compusi chimici protejeaza soarecii

împotriva unui accident vascular cerebral  în laborator. Dar

niciun medicament neuroprotector nu a fost vreodata eficace

in tratarea accidentelor vascular cerebrale la om. Motivul este

faptul ca biochimia creierului oamenilor este diferita de cea a

soarecilor.

Cei mai multi soareci utilizati în cercetare sunt tineri, dar multe

dintre bolile care sunt de mare interes pentru cercetatori (cum

ar fi cancerul si bolile de inima) sunt mai frecvente în randul

persoanelor în varsta. Acest lucru ridica probleme financiare,

mentinerea soarecilor in viata pentru mai mult timp implica

costuri. Cu toate acestea, îmbatranirea este o problema

importanta in contextul in care guvernele trebuie sa faca fata

provocarii de a îngriji o populatie îmbatranita.

Alte probleme ar fi legate de influenta mediului în care soarecii

traiesc si de variabilitatea genetica. Aplicarea informatiilor

culese de la un organism la o populatie umana diversa este

problematica. În acelasi timp, cercetatorii trebuie sa aiba în

vedere faptul ca variatiile genetice la soareci pot afecta

rezultatele

Exista semne de intrebare si asupra dozelor administrate la

soareci care nu pot fi folosite si la oameni. În plus, mai multe

modele de soareci utilizate în cercetare nu au un sistem

imunitar deplin functional, ceea ce nu este cazul la pacientii

umani.

Ce se evalueaza mai exact prin studiile preclinice pe

animale?

Eficacitatea printr-o explorare sistematica a efectelor posibile

ale unui medicament

Toxicitatea acuta – studiul mortalitatii dupa administrarea unei

doze unice de produs la o specie de animale permite

determinarea dozei letale 50, sau LD50, care este doza de

care ucide 50% din animalele tratate într-un timp determinat,

de exemplu, opt zile.

Toxicitate cronica – consecintele administrarii repetate a

produsului investigat, experimentarea se realizeaza la doua

sau trei specii de animale adulte diferite. Cand medicamentul

este destinat unui uz pediatric, o experimentare

complementara pe animale tinere poate fi utila pentru a

detecta o posibila toxicitate la copii. Aceste studii sunt foarte

scumpe si sunt efectuate numai atunci cand produsul ar trebui

sa devina un “medicament”.

Toxicitatea si reproducerea – modificari ale activitatii sexuale,

fertilitate si descendenti în cazul în care produsul este luat în

timpul sarcinii.

Efectul asupra urmasilor – termenii de teratogen, embriotoxic

si fetotoxic sunt folositi pentru a caracteriza toxicitatea unui

compus.

Riscul cancerigen si risul mutagen (riscul mutagen al unui

medicament consta în posibilitatea acestuia de a deteriorara

genomul)

În mod traditional, folosirea datelor de la animale pentru a

stabili doza initiala a unui medicament sau intervalul dintre

doze pentru utilizarea studiile clinice pe oameni a fost în

principal, empirica. Datorita esecului din studiile clinice din

cauza dozarii suboptimale si costului în crestere legat de

dezvoltarea de medicamente, companiile utilizeaza modelarea

farmacocinetica / farmacodinamica (FC / FD).

Farmacocinetica (PK) presupune determinarea absorbtiei,

distributiei, metabolismului si proprietatile de eliminare ale

unui medicament. Farmacodinamica (PD) se refera la studiul

efectelor biologice ale unui medicament în organism, inclusiv

relatia dintre concentratia medicamentului si efectele sale. PD

implica intrinsec mecanismele de actiune ale medicamentelor

precum si interactiunea dintre medicamente cu alte molecule

din organism. Combinatia PK si PD ajuta la explicarea relatiei

dintre doza de medicament si raspunsul provenit de la

pacienti.

Drepturile animalelor. Cum putem vorbi despre

drepturile soarecilor de laborator?

Asa-numitul “trei R” ( in engleza replacement, reduction

and refinement ) aplicat animalelor folosite in cercetare –

înlocuirea, reducerea si perfectionarea – a fost propus pentru

prima data de William Russell, un zoolog, si microbiologul

Burch Rex. care au sustinut ca cei implicati în utilizarea

animalelor de laborator au datoria morala de a cauta

înlocuitori pentru experimentele pe animale ori de cate ori

este posibil, de a pastra numarul de animale utilizate la un

nivel minim si de a perfectiona procedurile pentru a reduce

disconfortul si stresul provocate animalelor.

În dreptul european, experimentele pe animale sunt clasificate

în functie de obiectivele lor. În dreptul german acestea sunt

clasificate, de exemplu, ca interventii si tratamente în scopuri

experimentale, pentru continuarea educatiei si formarii

profesionale sau pentru producerea, prepararea, depozitarea

sau multiplicarea substantelor, produselor sau organismelor si

sunt reglementate cu strictete. Pentru aparatorii drepturilor

animalelor, termenul de “experiment animal” include orice

interventie si orice tratament, care este asociat cu durere,

frica si / sau suferinta la animalele respective. În consecinta, ei

cer eliminarea imediata a tuturor experimentelor pe animale.

În 2001, extremisti britanici, aparatori ai drepturilor

animalelor, au invadat universitati japoneze si au furat

resursele de laborator; o persoana a fost arestata si

condamnata la închisoare pentru trei ani. În Japonia, Legea

privind drepturile animalelor a fost revizuita în 2005, subliniind

importanta celor 3R în activitatile stiintifice cu animalele.

Din punctul de vedere al celor care permit experimentele pe

animale, scopul experimentului este mai important decat

animalul si responsabilitatea etica fata de om este mai mare

decat cea pentru animale. Si atunci intrebrea esentiala

intr-o cercetare este: “Pot ajunge la scopul meu în timp

ce cauzez suferinta animalelor, folosind mai putine

animale sau deloc?”

Small-Animal PET: What Is It, and Why Do

We Need It?*

ROLUL GENERALĂ A PET MICI-

ANIMAL

Cererea de PET mici animale este condusă de

importanța cercetării bazate pe model animal. Soarecele

și șobolanul găzdui un număr mare de boli umane.

Avantajul principal al mici animale

PET, comparativ cu CT mici animale și RMN, este că ne permite să studiem

procesele fiziologice și moleculare

anomalii care stau la baza bolii, mai degraba decat doar

Imaginea efectele finale ale modificărilor celulare și moleculare.

Imaging de tinte moleculare specifice mici animale

PET permite detectarea mai devreme si caracterizarea bolii,

Evaluarea moleculară mai devreme și directă de tratament

efecte, și o înțelegere fundamentală a bolii

procese.

INFORMATII GENERALE DESPRE PET MICI-ANIMAL

Primele scanere PET mici animale au fost elaborate

20 y în urmă (5-10). De atunci, atât tehnologia și

baza de utilizatori de PET mici animale au experimentat fenomenal

creștere. În prezent, există câteva sute smallanimal

Sistemele PET deja instalate. Ca un exemplu de

creștere baza de utilizatori, au existat 20 de prezentari de cercetare care

PET mici animale second hand la Societatea de Medicina Nucleara

reuniune anuala in 2000, iar numărul a crescut la 143 în

2007 (11).

Sisteme PET mici animale să pună în aplicare de date 3-dimensionale

achiziție în modul listă (de exemplu, evenimente înregistrate individual fără

diagrame ca histograme) pentru a permite imagine timp de încadrare

și oferă intrări oprire fiziologice pentru a corecta pentru

mișcare cardiace și respiratorii. Toate sistemele PET mici animale

folosesc tehnologii detector bazate fotomultiplicatoare, cu excepția

unul, LabPET (Gamma Medica / GE Healthcare),

care utilizează semiconductori avalansa fotodiodă bazate pe

detectoare (15).

Șobolani și șoareci nu sunt la fel de cooperant ca oameni. Rozătoare

Nu rămân printr-o sesiune de formare a imaginii care, de obicei,

durează zeci de minute. Anestezie trebuie să fie utilizate pentru cele mai multe

proceduri imagistice. Anestezia este preferabil realizată prin mascarea animalul

cu un amestec de izofluran și

Gazele oxigen. Din cauza trupurile lor mai mici, fiziologic

Condiții de șoareci și șobolani sunt mai sensibile la mediu

Schimbări și hipotermie timpul procesului de imagistică.

Pentru a justifica fiabilitatea și reproductibilitatea datelor PET,

în special atunci când parametri fiziologici cum ar fi fluxul sanguin,

metabolismului substrat, sau organe funcții sunt investigate,

o sursă de încălzire (bec, fluxul de aer, sau tampon) trebuie să fie

utilizată pentru a menține temperatura corpului animalului, și vital

semnalizări trebuie monitorizate pentru a verifica homeostazia animalului.

Masa trasor injectat într-un animal mic trebuie să fie

suficient de scăzută ca stare naturală fiziologice ale

animal nu este afectată.

Deoarece activitatea specifică trasor (Bq / g) este de obicei fixat,

activitățile trasoare permise sunt limitate. De exemplu, a fost

estimat că maximă injectat radioactivitatea

este 5.2 MBq la șobolani și 0,3 MBq la șoareci (16

, ceea ce reprezintă 30 și 2,5 ml, respectiv,

pentru șobolani și șoareci.

Rezoluția spațială

Rezoluția spațială a unui scaner PET mici animale

depinde 4 factori ai proiectarea sistemului (17): dimensiunea

cristalul detector; sistem de decodare detectoarele, care

determină locația particular în care fotonii interacționează

cu detectorul; pozitroni de gama de circulație după ei

emisiilor și înainte de anihilare; și fotonii anihilare "

absența coliniaritate, care este intrinsecă anihilarea

fizica. După 20 y de cercetare intensivă și

Dezvoltarea (12), cea mai buna rezolutie a raportat pentru smallanimal

Sistemele PET a fost de aproximativ 1 mm în lățime maximă

la jumătatea maximă (18).

Factorul avansare principal care duce la foarte

de înaltă rezoluție de scanere recente PET mici animale este

utilizarea cristalelor lungi și subțiri detectorului, cu latura lungă

aliniată cu direcția radială și latura îngustă

cu care se confruntă domeniul imagisticii de vedere.

Cele mai multe sisteme PET mici animale folosesc o geometrie cilindrică

așa cum este utilizat în PET umană.

EXEMPLE DE MICI-ANIMALE APLICATII PET

Au fost raportate aplicații ale PET mici animale

într-o gamă largă de procese biologice (43). Aici ne

prezintă exemple de aplicații PET mici animale din fiecare

a 3 domenii de boli primare: oncologie, cardiologie, și

neurologie

. Aceeași șoarecele a fost apoi injectat cu un 124I marcată

derivat al pyropheophorbide-a, care este o imagistica

și terapie fotodinamică agent bifuncțional. Deoarece

de lungă de înjumătățire a 124I (4,2 d), un studiu longitudinal

(mai multe scanări în timp) a fost posibil cu aceeași

șoarece și același agent. Mouse-ul a fost fotografiat la 4

Timpii peste 3 d. Absorbție tumoare relativ la restul

corpul crescut în timp, indicând faptul că agentul are

potențial promițător ca atât un efect terapeutic și o tumoare monitorizare

agent.

Cardiologie

PET Mici-animal nu a fost utilizat pentru a studia cardiace

fiziologie, metabolismul și condiții similare cu cele

în investigații cardiace umane si de mare de animale. Imaging

tehnici pentru a minimiza efectele de miscare de perete, cum ar fi

achizitii de date dependente, electrocardiograma și corespunzătoare

analiza imaginii abordări elaborate pentru om

PET și SPECT cardiologie poate fi folosit pe șobolan sau șoarece

Imagini. Figura 5 prezintă un exemplu de PET mici animale

imagistica funcțiilor cardiace ale unui șobolan normal și un șobolan

cu o regiune de infarct miocardic (55).

Imaginile miocardului șobolan bolnav demonstra

un defect de absorbție în segmentul anterolaterală,

remodelare a mușchiului miocard, și o ejecție redusă

fracțiune. Cu suprimare a fasciculului, imaginea estomparea cauza cardiaca

mișcare a fost eliminat, iar un contrast mai mare a imaginii și def

definiție se au fost realizate.

Neurologie

De-a lungul anilor, o selecție largă de radiotrasori PET are

fost dezvoltat pentru imagistica creierului, cum ar fi H2

15O pentru măsurarea

fluxului sanguin cerebral,

Figura 6 este un exemplu de aplicație PET mici animale

în Neuropharmacology. Studiul a fost de a cuantifica modul Pglycoprotein

(O pompă de eflux la bariera hemato-encefalică)

și blocada cu ciclosporină A afecta absorbția creier de șobolan

de 11C- (R) - (2) -RWAY (59). Figurile 6A și 6B arată o coronală

Imaginea creier de șobolan de 11C- (R) - (2) -RWAY absorbția în care

2 regiuni de interes au fost plasate pe hippocampi stanga si dreapta

în referire la atlasului creier de șobolan. Regionof-interes

Date timp de activitate ale hippocampi, dobândite

100 minute după injectare și încadrate cu neuniform

intervale de timp, au fost apoi utilizate pentru modelarea cinetică. Cifre

6C și 6E arată totale cerebrală imaginile controlului

Două alternative revoluționare bune tocmai au apărut

(60). Primul este activat de un smallanimal minunat de inginerie

Scanner PET care un șobolan poate purta (61,62). Cântărire

doar 250 g, inelul detector și front-end electronice de

scanerul sunt montate pe cap de șobolan și atașat la un

sistem de mobilitate animal care susține greutatea scanerului

și permite șobolanul de a circula liber în jurul unui 40 · 40 cm

Camera de comportament în timp ce imaginile de PET sunt achiziționate.

al doilea (62) implică un sistem detector PET mici animale care

înconjoară o cameră, și o urmărire precisă și continuă

sistem care permite poziția capului rozătoarelor în cadrul

camera de măsurat în timp. Animalul colindă în

cameră în timpul unei sesiuni de imagistica. Pentru reconstrucție a imaginii,

informațiilor de urmărire este utilizat pentru a alinia detectat

Evenimente PET pentru a forma un volum organism animal coerent.

Aceste 2 tehnici noi deschide o fereastra neinvaziv pentru

evaluarea functiei cerebrale si comportamentul ca răspuns la o gamă largă de

varietate de intervenții în mișcare liberă, nonanesthetized

rozătoare.

(63). Comparativ cu CT, RMN are 3 Advan critică

Tages: contrast superior tesuturilor moi, imagistica simultana

cu mici-animal de companie, și libertatea de radiațiile ionizante.

Aceste avantaje fac integrate PET / RMN și integrată

mici-animal de companie / RMN o tehnologie care permite pentru

crearea unui nou domeniu in imagistica moleculara si celulara

(64,65). Cunoașterea diferite metabolice și funcționale

Parametrii măsurați în același timp cu anatomie pot

perspective noi deschise în organizarea creierului și

modificările acesteia in boala (66).

CONCLUZIE

PET mici animale are o sensibilitate rafinat și capacitatea

pentru a oferi cantitative, masuratori in vivo de fiziologie,

căi metabolice, si tinte moleculare adânci în interiorul țesutului.

In ultimii 15 y, aceasta tehnica de imagistica a devenit

un instrument deosebit de important in cercetarea biomedicala pe bază de

animale.

Aplicarea PET mici animale a fost

extins în mai multe indicatii clinice suplimentare. Ei

importanță a fost îmbunătățită în continuare prin integrarea cu

alte modalitati de formare a imaginii mici animale, cum ar fi CT si RMN.

Rolul său unic în dezvoltarea de lider sistem PET clinic

va avansa tehnologia PET pentru noi descoperiri incitante.