Solunum Sistemi Hastalıklarında Deneysel Hayvan Modelleri ve Kliniğe Uyarlanması

1. Solunum Sistemi Hastalıklarında Deneysel Hayvan Modelleri ve Kliniğe Uyarlanması Dr. Sibel Atış

2. Solunum Sistemi Hastalıklarında Deneysel Hayvan Modelleri İnsanlar neden bize bu kadar benziyor ??

3. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Modelleri:Kullanım Amaçları • fonksiyonel ve yapısal değişikliklerin izlenmesi • etyopatogenezlerinin aydınlatılması • inflamatuvar süreçlerin belirlenmesi • havayolu davranışlarındaki değişimlerin gözlenmesi • yeni bir molekülün etkilerinin değerlendirilmesi • tedavi stratejilerinin geliştirilmesinde Solunum sistemi hastalıklarında;

4. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Modelleri:Kliniğe Uyarlanması Hayvan modeli seçimi Model oluşturmak için verilecek madde

5. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Modeli Çalışmaları: • Hayvan modeli seçimi: • Hayvan türü • Patogenez (insana benzerlik?) • Çalışma hedefleri • Kullanılacak gereç ve yöntemler • Hayvanın kolay elde edilebilmesi (Fiyat, barınma) • Model oluşturmada verilecek madde ve ilişkili sistem: • Ajanın verilme şekli • Dozu • Ajanın formu

6. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Modeli Çalışmaları: Hayvan Modeli Seçimi • Hayvan türü • Patogenez (insana benzerlik?) • Çalışma hedefleri • Kullanılacak gereç ve yöntemler (uygulanacak girişimler v.s) • Hayvanın kolay elde edilebilmesi (Fiyat, barınma) • SeçimKriterleri:

7. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Çalışmaları: Hayvan Modeli Seçim Kriterleri • Uygun hayvan türünün seçimi: • Model oluşturmada ajana duyarlılık açısından • Patogenez (insana benzerlik?) • Çalışma hedefleri • Kullanılacak gereç ve yöntemler (uygulanacak girişimler v.s) • Fiyat

8. Solunumsal hastalık modellerinde verilen ajana duyarlılık açısından uygun hayvan türleri

9. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Çalışmaları: Hayvan Modeli Seçim Kriterleri • Hayvan türü • Patogenez: • İnsanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından • Tam benzerlik gösteren modeller • Kısmi benzerlik gösteren modeller (tüm benzerlik kriterlerini taşımayanlar) • Çalışma hedefleri • Kullanılacak gereç ve yöntemler • Fiyat

10. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller Astım hayvan modelleri: • Antijenle oluşturulan astım hayvan modellerinin tümünde insan astımının karakteristik özellikleri olan; • havayolu aşırı duyarlılığı, • havayollarında eozinofilik inflamasyon, • mukus hipersekresyonu, • yüksek IgE düzeyleri

11. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • Astım hayvan modelleri: • Farelerde oluşturulan alerjik astım modelleri insan astımını oldukça iyi taklit etmektedir. • Fare modellerinde: diğer bulgulara ek olarak, allerjen provakasyonunu takiben akciğerlerde aktive Th2 hücre veya dendritik hüc.infiltrasyonu

12. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • Astım hayvan modelleri: Spontan olarak astım gelişen hayvan modellleri: • “Ascaris”e allerjik domuzlar • Pireye allerjik köpekler • Nakavt fareler: (allerjen sensitizasyon gerekmeden astım oluşabilmekte bu yüzden intrensek astım için iyi bir model oluşturmakta)

13. C57BL/6 ve BALB/c farelerde allerjik astım oluşturan protokoller

14. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • Astım hayvan modelleri: • Farelerde mesleksel astım modeli: • Toluene diisocyanate • Trimellitic anhydride (TMA), solunum duyarlaştırıcısı (Daha fazla solunum cevabı) • 1-chloro-2,4- dinitrobenzene (DNCB), dermal duyarlaştırıcı. (Vanoirbeek JAJ, et al, J Allergy Clin Immunol 2006)

15. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • KOAH hayvan modelleri: • Kullanılan protokolün çeşidine ve maruziyetin süresine göre oluşan lezyonlar ve derecesi bazı farklılıklar göstermekle birlikte temelde benzerlikler göstermektedir. • Deneysel amfizem modeli oluşturmada kullanılan metotlar: 1) Doku yıkımı yapan enzimler (proteinazlar) ya da kimyasallar ve partiküller gibi zararlı ajanların egzojen olarak verilmesi 2) Sigara dumanı maruziyeti 3) Genetik müdahale

16. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • KOAH hayvan modelleri: • Proteinazlar ya da egzojen ajanlarla • Porcine pancreatic elastase (PPE), papain ve insan nötrofil elastazı gibi proteinazların intrapulmoner verilmesi ile panasiner tipte amfizem • PPE ile oluşturulan amfizem, sekretuvar hücre metaplazisi, solunum fonksiyon bozukluğu, hipoksemi, sağ ventrikül hipertrofisi gibi insan KOAH’nın karakteristik özelliklerini göstermektedir.

17. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • KOAH hayvan modelleri: İnflamasyon ve akciğer hasarı oluşturmada kullanılan çeşitli egzojen ajanlar: • Tekrarlayan endotoksin: nötrofil ve aktive makrofaj birikimi • Nitrojen dioksit gibi oksidanlar: akciğer hasarı • Tekrarlayan uzun süreli nitrojen dioksit: fokal amfizem • Ozon: fibrozis • Kadmiyum klorid: fibrozisin baskın olduğu amfizem • Kömür tozu ve silika: fokal amfizem

18. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • KOAH hayvan modelleri: • Sigara dumanı ile oluşturulan KOAH modeli • Hayvanlarda oluşturulan en iyi KOAH modelidir. • Kronik sigara dumanına maruz bırakılan hayvanlarda amfizem gelişimi aşikar. Küçük hava yolu lezyonları ve sekretuar hücre metaplazisi insanlardakine oldukça benzer • İnsanlar ve hayvanlar arasında bronşial glandlardaki değişimler açısından ise büyük farklar var. (anatomik farklılıktan kaynaklanabilir) • Sitokin profili, hücre proliferasyonu ve apopitozis açısından insanlar ve hayvanlar arasındaki benzerlikler/farklılıklar hakkındaki bilgiler ise oldukça sınırlıdır.

19. KOAH hayvan modelleri: • Sigara dumanı ile oluşturulan KOAH modeli

20. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • KOAH hayvan modelleri: Sigara dumanı ile oluşturulan modellerde önemli noktalar: a)Amfizem lezyonların oluşumu için zaman gerekli: • Hayvandan hayvana, • Maruziyet miktarına (sigara dozu) • Maruziyet metoduna (nazal yada tüm vücut) Gerekli süre en az 4 ay (bazı türlerde 12 ay ) b)Seçilecek hayvan ve cinsi önemli. • Köpek: akciğer parankim lezyonları insan amfizemini tam olarak taklit eder. Diğer hayvanlar tam taklit edemez. • Kobay modelleri: sigara dumanı ile vazküler değişiklikler • Sıçan modelleri: bu özellik bulunmaz

21. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • KOAH hayvan modelleri: • Genetik müdahale ile oluşturulan amfizem modeli: - Nakavt fareler - Transgenic” fareler

22. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • Akciğer kanseri modelleri: Farelerde tanımlanmış çeşitli akciğer kanseri modelleri: 1) Duyarlı cins farelerde spontan olarak akciğer kanseri gelişen spontan modeller 2) Kimyasal olarak tam karsinojenlerle oluşturulan modeller 3) Sigara dumanına maruziyet ile oluşturulan modeller 4) “Transgenic” ve nakavt modeller

23. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • Akciğer kanseri modelleri: • Farelerde spontan olarak gelişen akciğer kanserlerinin morfolojik, histopatolojik ve moleküler özellikleri insan adenokanserlerine benzer. • Günümüzdeki küçük hücre dışı akc. kanseri (KHDAK) modelleri nadiren metastaz özelliği göstermektedir. • Küçük hücreli akciğer kanseri (KHAK) için fare modelleri metastaz özelliği dahil insan küçük hücreli akciğer kanserlerinin pek çok özelliğini göstermektedir.

24. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • Akciğer kanseri modelleri: • Gerek KHAK gerekse de KHDAK modellerinde kliniğe uyarlanması gereken en önemli nokta: radyosensitivitelerinin ve kemosensitivitelerinin saptanması

25. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • Tüberküloz modelleri: • İlk olarak, Robert Koch, deneysel olarak farelerde M. tuberculosis inokülasyonunun insanlardaki doğal hastalığa benzer lezyonlara yol açtığını göstermiştir. • Çeşitli hayvanlarda M. tuberculosis kültürleriyle enfeksiyon saptanmıştır. • Ancak enfekte insanlar ve hayvanlardan alınan örneklerin incelemeleri farklı hayvan türlerinde farklı paternde patolojik reaksiyonlar ortaya çıktığını göstermiştir. • Kobaylar doğuştan duyarlı iken insanlar, fareler ve tavşanlar genotiplerine bağlı olarak çeşitli derecelerde direnç gösterirler.

26. Laboratuar hayvanlarının tüberküloz patogenezi açısından karşılaştırılması

27. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • Pnömoni modelleri: • Farelerde en iyi tanımlanmış ve en sık kullanılan bakteriyel pnömoni modelleri(insanlardakine benzer olarak): • S. pneumoniae, • K. pneumoniae, • P. aeruginosa ile oluşturulan pnömonilerdir. • Bakteriyel pnömoni, şu şekillerde oluşturulabilir: 1) İstenen sayıda bakteri içeren küçük volümde bir sıvının intratrakeal bir kateter yardımıyla verilmesiyle 2) Burnuna bakterinin direkt olarak verilmesi ile: noninvaziv ve pulmoner enfeks. oranı %100’e yakın 3) Farenin tüm vücudunun içine girdiği bir kabinde aerosol şeklinde bakteriye maruz bırakılması ile

28. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • Pnömoni modelleri: • Viral pnömoni modelleri: • Hiçbir hayvan modeli insan viral pnömonilerindeki (RSV gibi) klinik spektrumu tam olarak gösterememektedir. • İnsan RSV hastalığı benzeri ancak primatlarda görülebilir. Ancak pahalı ve büyük hayvanlar olduğu için elde etme zorlukları var. • Gen teknolojilerindek, gelişmeler sayesinde kemirgen modelleri arasında, BALB/c fareler preklinik aşı çalışmalarında başarıyla kullanılmaktadır.

29. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • İntersitisyel pnömonitis/fibrozis modelleri: • Hiçbir hayvan modeli insanlarda gözlenen hastalığın klinik seyir veya histopatolojisini tam güvenilir olarak göstermez. Bununla birlikte, tüm bu modeller akciğer parankiminde genel birfibrozisle sonuçlanır.

30. Patogenez: insanlardaki hastalık sürecine benzerlikler açısından modeller • İntersitisyel pnömonitis/fibrozis modelleri: • Çeşitli hayvan türlerinde ve çok sayıda egzojen ajanla pulmoner fibrozis modeli oluşturulabilir. Bleomisin ile oluşturulan pulmoner fibrozis modeli en sık kullanılanıdır. • Olayı başlatan etyolojik ajandan bağımsız olarak, herhangi bir modelde dikkate alınması gereken en önemli nokta, modelin fibrotik insan akciğerinde görüldüğü gibi uzun süreli kalıcı lezyonları oluşturma kapasitesidir.

31. Pulmoner Fibrozis - Hayvan Modelleri

32. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Çalışmaları: Hayvan Modeli Seçim Kriterleri • Hayvan türü • Patogenez • Çalışma hedefleri (ve çalışmada değerlendirilmesi amaçlanan parametreler?) • Kullanılacak gereç ve yöntemler • Fiyat

33. Çalışma hedeflerine göre model seçimi Çalışma hedefleri: • Sürvi / mortalite • Patogenez/patolojik süreçler • KlinikGözlem - Pnömoni - Solunumsal ve/veya diğer semptom ve bulgular (ateş vs.) • Klinik Biyokimya (KC fonks.test, inflamasyon belirteçleri v.s) • Bakteriyemi / Viremi • Fonksiyonel / fizyolojik değerlendirme • Bir molekül veya farmakolojik bir ajanın etkinliği • Aşı etkinlik değerlendirmesi

34. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Çalışmaları: Hayvan Modeli Seçim Kriterleri • Hayvan türü • Patogenez • Çalışma hedefleri • Kullanılacak gereç ve yöntemler -Uygulanacak girişimler • Fiyat

35. Çalışmada kullanılacak gereç ve yöntemlere göre model seçimi Gerekli gereç ve yöntemler: • Göğüs Radyografileri • Daha büyük hayvanmodelleri tercih. • Tanısal girişimler • Bronkoskopi, BAL,pulmoner kateterizasyon • Fizyolojik izlem • SFT, elektrofizyoloji • Bir maddeye maruziyet • İnhalasyon (Sadece baş, sadece burun veya tüm vücut) • Diğer (Parenteral, Oral, İntraperitoneal)

36. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Çalışmaları: Hayvan Modeli Seçim Kriterleri • Hayvan türü • Patogenez • Çalışma hedefleri • Kullanılacak gereç ve yöntemler • Hayvanın kolay elde edilebilmesi (Fiyat, barınma v.s)

37. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Çalışmaları: Hayvan Modeli Seçim Kriterleri • Hayvan Fiyatları • Ödenek sorunu: Nadiren limitsiz ödenek • İstatistikseldeğerlendirmede çalışmaya alınacak hayvan sayısı? - anlaşılmaya her zaman varılamaz • Fiyat Karşılaştırması • Maymunlar ~ $3,500-$5,000 • Tavşan ~ $90-$100 • Kobay ~ $45-$55 • Sıçan ~ $25 • Fare ~ $5 • Genotipik olarak özelleştirilmiş hayvanlar–daha pahalı

38. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Çalışmaları: Model oluşturmada verilecek madde: • Model oluşturmada verilecek madde ile ilişkili sistem: • Hayvan modeli için uygun doz • Sensitizasyonu sağlama, letal doz bilinmeli • Ajanın verilme şekli • IM, SQ, Oral, Nazal, Aerosol • Ajanın cinsi veya formu • mikrobiyal bir ajan verilecekse serotipi, enfekte etme olasılığı v.s önemli

39. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Çalışmaları: Model oluşturmada verilecek madde: Ajanın cinsi veya formu (Kullanılan ajanlar) • Sensitize edici ajanlar (antijenler, allerjenler v.s) • Gazlar; ozon, NO2, SO2 vb • Partiküller; PM, çevresel partiküller, karbon, DEP, nanopartiküller, asbest partikülleri vs • Sigara dumanı, ürünleri • Diğer toksik ajanlar • Mikrobiyal ajanlar • Lipopolisakkarit (selektif pulmoner nötrofiliye yolaçar) • Çeşitli kanserojenler

40. Solunum Sistemi Hastalıkları ile İlgili Deneysel Hayvan Çalışmaları: Model oluşturmada verilecek madde: Ajanın verilme şekli

41. Hayvan Maruziyet Üniteleri Tek Hayvan maruziyet düzenekleri Birden Fazla Hayvan İçin Tasarlanmış Kabinler

42. SONUÇLAR • Solunum sistemi hastalıklarında; etyopatogenez ve yeni bir tedavi ajanının etkileri başta olmak üzere daha birçok özellik hakkında detaylı bir değerlendirme imkanı verdiği için in vivo hayvan modellerine gereksinim vardır. • Solunum sistemi hastalığı ile ilgili deneysel bir hayvan modeli oluştururken, bu modelin insanlardaki kliniğe en iyi şekilde uyarlanabilmesi açısından hayvan modelinin seçimi ve model oluşturmada seçilecek ajan oldukça önemlidir.

43. SONUÇLAR • Hayvan modellerinin bir takım kısıtlılıklarının da olduğu unutulmamalıdır. • Spontan olarak solunumsal hastalık gelişen model oldukça azdır. • Hayvan modelleri ister istemez solunum sistemi hastalığının tam fenotipik özelliklerini göstermez. • Her bir hayvan türünün kendine göre zayıf ve güçlü yanları olup, araştırıcı bunlar arasından test edeceği hipotez açısından en uygun modeli seçebilmelidir.

45. Sorular ???? Teşekkürler… Doç.Dr. Sibel ATIŞ