科学家呼吁严格设计提高动物模型效果
时间:2017-12-07

  科学家呼吁严格的设计,以改善动物模型的影响 - 新闻 - 科学网

  在失败的转换实验中,老鼠认为过失是最令人不安的因素之一。尽管动物实验证明一种治疗是安全有效的,但是在人类中使用80%以上的潜在治疗失败。经常谴责动物模型作为实验药物是否可以成为有效治疗的一个不好的预测指标。然而,真正的原因往往是临床前研究不是严格设计的。

  数百万美元用于潜在治疗的一系列临床试验和更多的劳动力成本:绝症患者可能只有一次机会尝试一种未经证实的但有希望的治疗方法。临床试验通常要求患者接受治疗一年或一年以上,同时不允许在试验中选择其他试验。美国马萨诸塞州肌萎缩侧索硬化症(ALS)发展研究所首席科学顾问Steve Perrin说,从没有可靠的动物数据的临床试验开始,让病人超越治疗可能是更好的机会成功。

  ALS是一种致命的神经退行性疾病,也被称为帕金森病或运动神经元疾病。“自然”杂志的文章指出,在过去的10年里,大约有12种ALS实验疗法已经进入临床试验阶段,在动物模型中,所有这些疗法已被证明可以缓解这种疾病,但有一个例外,所有这些疗法在临床试验中都失败了。

  在ALS治疗和发展研究所,Perrin及其同事使用小鼠模型测试了100多种潜在的ALS(大部分未发表)药物。在相同的小鼠模型中,这些药物中的一些减缓了疾病的进展。其中八种药物最终在涉及数千人的临床试验中失败。

  经过近十年的验证工作,ALS提高治疗研究所制定了指导方针,将减少临床前试验的假阳性结果,从而预防无根据的临床试验。这些建议也适用于其他疾病,其条款包括:严格评估动物的生理生化特征,建立数学模型来辅助实验设计,如实验中应该包括多少老鼠。这个简单的步骤忽略的频率是令人惊讶的。佩林说。例如,很难找到一篇文章指出临床前动物实验是由统计模型支持的,以便将实验噪音降至最低。

  Perrin提到,虽然这些前期工作成本高,费时,并且本身不会产生新的治疗方法,但如果没有这些前期投资,临床试验可能会消耗更多的资源,生命可能会消失。

  了解动物

  科学家在ALS治疗发展研究所的研究证明,动物模型的最初生理学描述很难包含所有动物的特征,ALS的发展具有骨骼肌神经元退化的特征,遗传测序和遗传学研究表明, RNA结合蛋白是维持运动神经的关键因素,表达RNA结合蛋白TDP43的小鼠模型的突变形式可以显示ALS的特征:运动神经元丢失,蛋白质聚集和进行性肌萎缩。

  然而,对这些老鼠的进一步研究揭示了重要的差异在患者(并建立小鼠模型),瘫痪随着时间增加。然而,Perrin及其同事在TDP43突变小鼠中没有观察到这一过程。研究人员说,步态和抓握测量显示,他们的肌肉损失实际上是轻微的,尸检也显示,动物并没有死于肌肉萎缩,而是由于肠道平滑肌变性引起的急性肠梗阻。

  尽管现有的TDP43突变小鼠可能有助于研究靶向特定疾病机制的药物的作用,但是所证明的药物延长寿命的能力可能与人类无关。使用动物模型进行转化研究的科学家必须警惕。佩林说。

  消除噪音

  ALS治疗发展研究所的研究人员对过去四年来用于治疗或对照组研究的近5,500只小鼠进行了荟萃分析。所有小鼠在SOD1基因中都有特定的缺陷,10%的ALS基因患者在该基因中有突变。相关研究发现了所有意想不到的动物变异和控制。

  大约90%的小鼠平均寿命为134天,上下波动10天。研究人员仔细观察生存期较短或寿命较短的小鼠后发现,一些因素可能会造成相当大的噪音,并可能导致假阳性。至关重要的是,了解这一变化需要仔细监测几百或几代小鼠。

  其中一个因素是无法独立于被研究的疾病排除动物死亡。此外,科学家们也未能将对照组和对照组的同胞分离出来,在统计分析中也没有包括性别。雄性SOD1小鼠的症状比其女性早一周出现,其死亡也早于一周。鉴于1周等同于4%的可变生存率,这种差异很容易被误解为药物的效用。

  另一个因素是导致疾病的基因。通常,由小鼠繁殖的一组实验设计的后代,该疾病的表型可能消失。对于包括ALS在内的许多疾病,动物模型携带致病基因的多个拷贝,这些基因通常不以稳定方式递送,例如通过配子的切割和配子的生产。因此,常规的基因分型实验对确保小鼠后代的转基因拷贝不会减少,疾病不会减慢至关重要。

  Perrin及其同事曾多次发现这一点。 2010年,所有TDP43突变小鼠在200天内死亡。研究人员从他们的后代观察到老鼠,并观察到他们活了400天,没有发现疾病迹象。为了完成TDP43突变小鼠的表征,研究人员花了几个月的时间来支持小鼠种系以产生稳定的表型。佩林提到:功能描述标记更好的转换问题。

  另外,数字模拟与旨在预测延长生存或减缓症状发展的治疗益处的研究相符。这可以结合在动物模型中观察到的典型变化来计算应该将多少动物分配给实验组。根据Perrin等人的计算,在高变量动物模型中需要每组数百个动物。

  而且,在评估药物的功效之前,研究人员将能够调查动物能够忍受的程度,药物是否到达适当的组织以及药物在体内代谢或降解的速度。研究人员预测,可能需要30,000美元和6到9个月来描述分子毒性,评估其是否到达适当组织并具有足够半衰期的潜在效用是反映。

  如果这些结果是有希望的,那么测试一种药物是否能延长动物的寿命是一个保证,药物将花费你10万美元,需要12个月。应至少测试3个剂量,以帮助获得真正的药物反应并设定合理的剂量水平。

  所以佩林说,即使假设动物模型已被充分描述,它将不得不投资33万美元来确定一种药物是否可以治疗人类疾病。研究人员说这似乎是值得的,要求成千上万的患者经过临床试验并花费数年和数百万美元。

  一起工作

  随着学术实验室将注意力转移到转化研究上,表征动物模型的负担就落在他们身上。佩林说。虽然这项投资所需的时间和资金远远超过任何一个实验室与临床试验相比的预期。这些责任和由此产生的鼠标模型应该共享。他说,至少研究人员应该将新的动物模型放在公共知识库中,以便其他团体可以重复这些工作。

  此外,公共和私人机构也应该将这些描述性研究作为具体项目进行资助。一个很好的例子就是阿尔茨海默氏症的神经影像学项目,这是一项旨在寻找疾病诊断标志物的大型合作研究。

  竞争性招标和分阶段支付将促使科学家利用实验小组进行必要的实验并达到普遍有效的结果。然而,这种单调的工作不会直接导致突破或治疗,也不会符合一般资助或研究生培养计划的目标。佩林说,但没有这些投资,更多的病人和金钱将浪费在那些不适合信息或令人失望的临床试验。 (张章)

  中国科学通报(2014-05-15第3版国际)