Dubravka HranilovićZavod za animalnu fiziologiju, 

PMF, Zagreb

Životinjski modeli u neurobiologiji

Psihijatrijske bolesti:

• kompleksne-- veći broj gena + okolišni čimbenici - utjecaj pojedinog gena vrlo mali, svaki od njih ne mora bitinužan ni dovoljan da bi se bolest razvila

• dijagnostički problemi-- nema laboratorijskog testa za dokazivanje- rijetki fizički simptomi osjećaji, percepcija, ponaponaššanjeanje

Bihevioralni modeli

•• CaenorhabditisCaenorhabditis eleganselegans- jednostavan živčani sustav, pokazuje određene oblikeponašanja

•• Drosophila Drosophila melanogastermelanogaster- prve bihevioralne mutante nakon tretmana mutagenom

•• DanioDanio reriorerio- neurogeneza, utjecaj farmaka na ponašanje

• sisavcisisavci (glodavci primati)

Modelni organizmi

PREDNOSTI

• genske i farmakološke manipulacije

• mozak ↔ tjelesna tkiva

• standardizacija uvjeta

PROBLEM:

• velika različitost u građi živčanog sustava sisavci

• sisavci razlika:kora; sličnost: bazalni gangliji, limbički sustav

učenje, emotivno ponašanje

Glodavci

MusMus musculusmusculus ii RattusRattus norvegicusnorvegicus

• genetički determinirana visoka emotivnost i socijalnahijerarhija

• ponašanje podložno učenju

• miš: poznati genom podložan manipulaciji

• štakor: ekstenzivna baza podataka ponašanja; veličina

Ponašanje svojstveno svim sisavcima

1) SPONTANO - rezultat izlaganja životinje uobičajenoj okolini ili

promjenama u njojneurološki i emotivni aspekti

2) UVJETOVANO- uvježbana reakcija na podražaj

učenje i pamćenje

• regulirano neurotransmitorskim sustavima

• u podlozi ekspresija (polimorfnih) gena

Spontano ponašanje - neurološko

Horizontalno i vertikalno kretanje

Ravnoteža i koordinacija

Spontano ponašanje - neurološko

Povezanost senzoričkog i motoričkog sustava

Ciklus budnost/spavanje

Spontano ponašanje - emotivno

Istraživačko ponašanje Tjeskoba Bespomoćnost

preuzeto iz Jahng et al. InternationalJournal of Developmental Neuroscience,

30 (2012) 47-53

Spontano ponašanje - emotivno

Društvenost

preuzeto iz Crawley, Mental Retardation and DevelopmentalDisabilities Research Reviews 10(2004)248–258

Uvjetovano ponašanje

• habituacija • klasično kondicioniranjetreptaj

puhanjezvuk

nema treptaja

treptaj

zvukpuhanje

treptaj

puhanjezvuk

treptaj

preuzeto iz Krinke, G. J. (Ed.). (2000). The laboratory rat (1st ed., p. 756). London: Academic Press

• labirinti

Uvjetovano ponašanje –instrumentalno kondicioniranje

preuzeto iz Crawley, Mental Retardation and DevelopmentalDisabilities Research Reviews 10(2004)248–258

Uvjetovano ponašanje-instrumentalno kondicioniranje

• Skinnerove kutije

preuzeto s http://www.simplypsychology.org/operant-conditioning.html

Životinjski modeli za psihijatrijske poremećaje

- što uzrokuje bolest?regije mozganeurotransmitorski sustavi geni

ponašanje-na koji način se liječi

?-lijekovi

1) Model u potpunosti oponaša bolest

RAZVOJNI MODELI:

• fizičke/kemijske lezije u specifičnim regijama mozga

• perinatalne infekcije, farmakološki tretman

odgovarajuće anatomske, biokemijske i bihevioralne promjene

Problem:

- homologija između ponašanja koja se mogu pratiti na životinji i sindroma bolesti koju taj model predstavlja

- simptomi psihičkih bolesti su često subjektivni, podložni reviziji

- anatomske i biokemijske promjene u pacijenata nisu konzistentne

2) Model oponaša specifični simptom bolesti

ENDOFENOTIP

• objektivno mjerljiv

• zajednički za više bolesti, prisutni kod bliskih rođaka

• posljedica mutacije jednog/malog broja gena

• SHIZOFRENIJAporemećaji: pamćenja, socijalnog kontakta, senzoričke inhibicijemotoričkog odgovora

• MANIČNO-DEPRESIVNI POREMEĆAJanksioznost, bespomoćnost, promijenjena razina aktivnosti

a) manipulacija genom kandidatom:

- na temelju smještaja (homologne regije)

- na temelju fiziološke uloge (regulacija neurotransmisije, embrionalni razvoj mozga)

• pojačanje ekspresije gena

• prigušenje ekspresije gena

• potpuna inaktivacija gena

2) Model oponaša specifični simptom bolesti

2) Model oponaša specifični simptom bolesti

b) usmjerena genetička selekcija za neko svojstvo:

- bihevioralno(Tsukuba high- and low-emotional strain)

- farmakološko(Apomorphine-susceptible i non-susceptible rats; High-alcohol sensitive i Low-alcohol sensitive rats)

- biokemijsko(Wistar Zagreb 5HT-rat)

c) nasumična mutageneza:

- mutagen (N-etil-N-nitrozourea, ENU) točkaste mutacije u cijelom genomu

- novi aleli pojedinih gena

- potpuni ili djelomični gubitak ili dobitak funkcije, promjenarazine ekspresije

- učinak najjači u spermatogonijama

2) Model oponaša specifični simptom bolesti

3) Fiziološki model

- korelacije u aspektima normalnog ponašanja između ljudske i modelne populacije

- upoznavanje varijabilnosti i fizioloških granica prelazak u patološke vrijednosti

• analize kvantitativnih svojstava (eng. Quantitative Trait Loci, QTL)

- polimorfizmi gena povezani s varijacijama u ponašanju između sojeva- usporedba fenotipova između različitih sojeva miševa ilištakora križanje

- analiza vezanosti (linkage analysis) u križancima korištenjemmikrosatelitnih biljega

4) Farmakoterapijski model

- uopće ne treba reflektirati simptome bolesti

- različite vrste i konc. farmaka posljedice na ponašanje

- kemijska manipulacija poznatog lijeka poboljšani efekt na specifično ponašanje

Problem:

- simplifikacija mehanizam djelovanja aktivne komponente?

- propušta se mogućnost razvoja novih kategorija lijekova s drugačijim djelovanjem

Vrijednost modela

- u kojoj mjeri model služi svrsi

1) POUZDANOST

- manipulacija mjerljivi efekti konzistentnost i stabilnost varijabli

- minimalna varijabilnost; maksimalna reproducibilnost

2) VALJANOST (validity)

Valjanost modela

a) Nominalna (Face validity)

- fenomenološka sličnost između ponašanja animalnog modela i simptoma u oboljelog čovjeka

- poželjna, ali teško ostvariva i dokaziva

- ne mora nužno odražavati etiološku sličnost

- u istraživanju psihopatologije NIJE NUŽNA za korisnost modela

Valjanost modela

b) Konstrukcijska (Construct validity)

- točnost kojom model mjeri ono što treba mjeriti

- stalno se mijenja i poboljšava svakom novom spoznajom

c) Konvergencijska i diskriminanacijska

- korelacija rezultata dvaju testova koji mjere isto svojstvo što veća

- korelacija rezultata dvaju testova koji mjere različito svojstvo što manja

Valjanost modela

d) Etiološka

- ima li stanje u kojem se nalazi animalni model nakon manipulacije isti uzrok kao i stanje u kojem se nalazi oboljela osoba

- psihijatrijske bolesti: etiologija uglavnom nepoznata hipoteze: geni kandidati bihevioralna analiza

e) Prediktivna

- do koje je mjere moguće predvidjeti ishode u ljudskoj populaciji

- identifikacija lijekova koji će efikasno djelovati na simptome u ljudskoj bolesti

Valjanost modela

• dobra nominalna valjanost: - gubitak apetita, smanjena težina, lokomotorna aktivnost i motivacija (kriteriji za depresiju po DSM IV)• upitna konstrukcijska valjanost: - je li naučena bespomoćnost mjerilo depresivnosti?• upitna diskriminacijska valjanost: - bespomoćnost ili neaktivnost (ista bihevioralna manifestacija)?• potencijalna etiološka valjanost: - disbalans u monoaminskim neurotransmitorma mogući mehanizam djelovanja• dobra prediktivna valjanost u smislu farmakoterapije: - antidepresivi (MAOi, SSRI, EC) umanjuju bihevioralnu reakciju

Naučena bespomoćnost (Skinnerova kutija, prisilno plivanje):

Model za depresiju

Model za depresiju

Flinders Sensitive Line - selektivno uzgojene sublinije za hipo- ili hipersenzitivne kolinergične receptore (muskarin):

• potencijalna etiološka valjanost:- testiranje kolinergične hipoteze depresije

• dobra konstrukcijska valjanost:- ahedonija (nakon stresa u manjoj mjeri konzumiraju otopinu sharoze koja ima inače prouzvodi jaki užitak) i poremećaji u REM spavanju simptomi depresije

Model za shizofreniju

Model psihostimulacije (amfetamin)

• dobra nominalna valjanost: - simptomi djelovanja amfetamina u ljudi slični simptomima shizofrenije, a oni su pak slični pojačanoj lokomociji i stereotipijama u životinja

• dobra konstruktivna valjanost:- deficit u PPI kao i u shizofreniji

• potencijalna etiološka valjanost: - dopaminergična teorija shizofrenije

• dobra prediktivna valjanost:- antipsihotici

Model za autizam

Transgenični model (Gly56Ala u genu za serotoninski prijenosnik)

• dobra nominalna i konstruktivna valjanost: - poremećeno socijalno ponašanje, repetitivno ponašanje, hiperserotoninemija kao i u autizmu

• dobra etiološka valjanost- veća fosforiliranost i aktivnost prijenosnika, veći unos 5HT- veća aktivnost 5HT neurona; hiperosjetljivosti receptora 5HT1A i 5HT2A

serotonergična teorija autizma