1 Doç. Dr. Figen Deveci Fırat Üniversitesi Tıp Fakültesi Göğüs Hastalıkları AD KOAH ve ASTIM ...

15 Pages·2009·0.21 MB·Turkish

Doç. Dr. Figen Deveci
Fırat Üniversitesi Tıp Fakültesi
Göğüs Hastalıkları AD

KOAH ve ASTIM MODELLERİ

Hayvan modelleri in vitro çalışmalar ile insan çalışmaları arasında bir köprü oluşturur.
Astım ve KOAH gibi kronik hastalıkların fizyo-patolojik proçeslerinin
aydınlatılmasında özellikle de bu hastalıkların majör tedavisinde kullanılacak terapötik
ajanların güvenilirliği, selektivitesi ve klinik etkinliğinin değerlendirilmesinde hayvan
deneyleri zorunludur (1). Ancak astımda hava yollarının aşırı duyarlılığının (AHR)
hayvanlarda tam olarak modelleştirilememesi (2), benzer şekilde KOAH’a eşlik eden
pulmoner hipertansiyon, dispne, solunum kas yetersizliği, GER, iskelet kas sistemi
yetersizliği gibi ko-morbid durumların tam olarak karşılığının oluşturulamaması ve insan ile
hayvanlarda ölçüm metodlarının farklılığı nedeniyle bir takım sınırlılıklar söz konusudur.
Obstrüktif akciğer hastalıklarının hayvan modellerinde zayıf ve kuvvetli yönler
Hava yolu duyarlılığı açısından
Astımın alerjen sensitizasyonu ve “challenge” i ile oluşturulan tipik hayvan
modellerinde alerjik inflamasyon gelişmekte ancak AHR’si orta derecede meydana gelmekte
ve tam olarak astım fenotipi elde edilememektedir (1). Rodentler özellikle de fareler hava
yollarındaki inflamatuvar hücre toplanması ve alerjik inflamasyonun mekanizmalarının
açıklanmasında çok kıymetlidir fakat hücre toplanması ve inflamasyon hava yolu
reaktivitesinin zayıf göstergeleridir. Reaktivitenin önemli bir belirleyicisi olan hava yolu düz
kas kontraksiyonu açısından baktığımızda ise murin hava yolu düz kas hücrelerinin astım
patogenezinde rolü olduğu öne sürülen birçok bronkokonstrüktör maddeye karşı yanıtsız
olduğu görülmektedir (3).
İnflamasyon açısından
Son 20 yıldır astım tedavisiyle ilgili hayvan çalışmalarının sonuçlarına göre anti-IL-4,
IL-5 ve IL-12 ve PAF antagonistlerinin astım modelinde orta derecede etkin olduğu
gösterilirken bu ilaçların astımlı hastalarda hava yollarında lökosit akümülasyonuna
ölçülebilir bir etkisi olmamıştır. Ayrıca özellikle hedefe spesifik reseptörlere ve hücresel
proçeslere yönelik küçük moleküllü terapötiklerin geliştirilmesinde rodentlerde reseptörler ve
sinyal-ileti yolaklarının insanlarda gözlenenden önemli ölçüde farklı olması nedeniyle
farelerin kullanımı sorgulanabilir (4).
Bilindiği üzere KOAH ve astım arasındaki ilişki yıllardır tartışmalıdır. Gerçekte hava
yollarındaki histopatolojik değişiklikler açısından ayırım net değildir. KOAH kesinlikle
1
akciğer fonksiyonlarında progresif ve kalıcı kayıp oluşturmakta, astımda ise bu daha az
sıklıkla görülmektedir (5).
KOAH’IN HAYVAN MODELLERİ
İnflamatuvar hücre toplanması, anormal maktiks onarımının (proteinaz/antiproteinaz
hipotezi) mekanizmaları, alternatif hipotezlerin (akciğer hücre apoptozisi) araştırılması, gen
tedavisi, spesifik sitokinleri veya biyolojik yolakları hedefleyen “dizayn edilmiş ilaçlar” gibi
yeni tedavi yaklaşımlarının değerlendirilmesi amaçlarıyla oluşturulmuştur (6).
KOAH’da 4 ayrı anatomik alanda (amfizem, küçük hava yolu remodelingi, pulmoner
HT, ve kronik bronşit) lezyon gelişir ve genellikle enfeksiyon kaynaklı olmak üzere akut
ataklar vardır, hastalık yavaş progrese olur. Bu nedenlerle KOAH için kusursuz bir hayvan
modelinin geliştirilmesi zor ve karmaşıktır (7).
KOAH’ın ilk hayvan modeli Gross ve ark.’ları tarafından 1965’de papain insitile
ederek (bitki proteazı) oluşturulmuştur. Bu hayvan modeli ile amfizemdeki proteinaz-
antiproteinaz hipotezinin temelini atılmıştır (8). KOAH modelleri için çeşitli yaklaşımlar
mevcuttur. Hava kirliliği partikülleri, toz-duman ve biyomas yakıtlarla oluşturulan modeller
daha az sayıdadır. Genellikle sigara dumanı maruziyeti ya da farelerin genetik modifikasyonu
gibi diğer yaklaşımlar kullanılmıştır. Modeli etkileyecek genel prensipler;
1. Türler arasında akciğer gelişimi ve maturasyonu açısından dikkate değer oranda
farklılıklar
2. Akciğer anatomisi açısından türler arasındaki farklılıklar
3. Türler ve soylar arasında injuri ajanlarına hassasiyetteki farklılıklar şeklinde
sıralanabilir (7).
Fare, kobay ve ratlar KOAH modellerinin oluşturulmasında yaygın olarak
kullanılmışlardır, her deney hayvanı türünün bir takım avantaj ve dezavantajları vardır. Fare
genomunun geniş bir şekilde çalışılması, insan genomu ile yakın benzerliklerinin olması, çoğu
fare enzimi için tamamlayıcı antikor ve probların bol miktarda bulunması nedeniyle fareler
hayvan modelleri için en iyi seçenek iken ratlarda sigara dumanı maruziyeti ile oluşturulan
KOAH modelinde hava yüzeyi genişlemeleri oluşmakla birlikte bu aylarca süren sigara
maruziyeti gerektirmektedir. Kobaylar ise rat ve farelere göre daha fazla akciğer dokusu
içerdiği ve akciğerin yapısı aşağı yukarı insan akciğeri ile benzer (sağda 3 majör lob, solda 2
majör lob) olduğu için avantajlı gibi görünmektedir (6).
KOAH’ın modellerinin oluşturulması için seçilecek deney hayvanlarının özellikleri
açısından dikkat edilmesi gereken bazı önemli noktalar:
2
Akciğerin pre ve post natal gelişimi ve maturasyonunun türler arasında farklı olması
nedeniyle herhangi bir injuri ajanının başlanma zamanı planlanırken bu göz önüne
alınmalıdır. Rat ve fareler doğumda gerçek alveole sahip değildir, alveologenezin büyük
kısmı postnatal 4-14. günler arasında yer alır (9). Kobaylarda ise alveolarizasyon doğumda
neredeyse tamdır. Ratlarda silyalı hücreler yaygın olmasına rağmen sınırlı sayıda goblet hücre
vardır. Farelerde ise silyalı hücreler ancak kümeler halindedir ve goblet hücreler yoktur.
Küçük deney hayvanlarında glandların sayısı büyük hayvanlara göre belirgin az olduğundan
küçük hayvanlarda kronik bronşit modeli zayıf bir model olacaktır.
Hayvan modellerinde amfizemin tanımlanmasında hava boşluklarının çapının
morfometrik olarak değerlendirilmesi ve pulmoner fonksiyonların ölçülmesi yöntemleri (PFT)
kullanılır. PFT’leri morfometriye göre daha az duyarlıdır bu nedenle sadece çok şiddetli
derecelerde remodeling ve parankim destrüksiyonu varlığında bulguları belirleyebilir.
Amfizemi en iyi yansıtan fonksiyon testi elastik rekoilin kaybıdır ve basınç-volüm
halkasından saptanabilir (komplians artar, elastans azalır) (7).
KOAH ve Amfizem modelleri
1. Sigara dumanı maruziyeti
2. KOAH modeli olarak apoptozis
3. Proteazlar ya da kimyasal ve partiküller gibi zararlı ajanların eksojen verilmesi
4. Açlık ile oluşturulan KOAH modeli
5. LPS ile oluşturulan KOAH modeli
6. Genetik müdahale ile amfizem oluşturulması
1. Sigara dumanı ile oluşturulan amfizem modeli
Ulusal akciğer, kalp ve kan Enstitüsünün (NHLBI) tarafından da tanımlandığı gibi
kronik sigara dumanına maruz bırakılan hayvanlarda amfizem gelişmektedir (10).
Sigara maruziyeti sadece burundan veya tüm vücut maruziyeti şeklindedir. Tüm vücut
maruziyetinin teorik olarak negatif yönü deney hayvanlarının vücutlarını temizlerlerken
nikotin veya tar maddelerini yiyebilmesidir. Sigara dumanı maruziyetinin miktarının teyid
edilmesi ise serum kotinin düzeylerinin ve kan COHb düzeylerinin ölçümüyle yapılmaktadır
(7). Amfizemin oluşması için gereken süre hayvandan hayvana değişmekle birlikte genellikle
en azından 4 ay gerektirir ayrıca bu sigara dozuna da bağlıdır. Kobaylarda amfizem kolaylıkla
tanımlanabilir ve hava yollarında dikkate değer oranda goblet hücre metaplazisi gelişir.
Farelerde daha belirgin küçük hava yolu remodelingi vardır ayrıca kardiyak kateterizasyon ile
ayrıntılı pulmoner fonksiyon değerlendirilmeleri yapılabilir. Ratlar KOAH için uygun bir
model oluşturmaz. Çoğu araştırmacı minimal hastalık geliştirebilmiştir.
3
Modelde oluşan histopatolojik değişiklikler
Amfizem: genellikle gelişen amfizemdeki lezyonlar insan amfizemini çok yakından
taklit edemez. Alveollerde ve alveolar kanallardaki genişleme en sık görülen lezyondur ve
sigara miktarı arttıkça lezyon artar. Bu lezyon sigara içen insanlarda yaygın olarak bulunan
sentrilobüler amfizemin hafif formuna benzer. Fakat insanlarda görülen açık doku
destrüksiyonunu hayvanlarda göstermek çok zordur (11). Sigara içen insan akciğerinde de
görüldüğü gibi dilate alveolar kanallar arasındaki parankim anormaldir, Kohn deliklerinin
sayısı ve çapı artar (12). Sigaraya maruz bırakılan kobay ve farelerde izlenen fizyolojik
değişiklikler insanlarda gözlenen KOAH’ın hafif formunun karşılığıdır.
Küçük hava yolu remodelingi; çeşitli türlerde proksimal trakeada goblet hücrelerinin
sayısında artma ve metaplazi gösterilmiştir. Fakat türler arasında dikkate değer farklılıklar
vardır. Kobay modelinde kronik sigara maruziyeti ile insanlardakine benzer şekilde küçük
hava yollarında sekretuvar hücre metaplazisi oluşur ve maruziyetin kesilmesiyle metaplazinin
derecesi azalır (13,14). Fare ve kobaylarda küçük hava yolu duvarında kalınlaşma
gösterilmiştir (15). Bu fark anatomik nedenlerden kaynaklanabilir. Fare ve tavşanda bronşiyal
glandlar yoktur ratlarda ise sadece proksimal trakeada yer alır ve kobaylarda düzensiz olarak
dağılmışlardır (7).
Vasküler remodeling: pulmoner arter basıncında sigara maruziyetinin süresinden
bağımsız olarak artma, alveolar alanlara komşu alanlardaki normalde daha az muskularize
olan damarlarda arteriolizasyon izlenmekte ancak vasoreaktivitede artma ve kapiller
destrüksiyon oluşmamaktadır.
İnflamasyon: sitokin değişikliklerini inceleyen modellerde genellikle 14 gün gibi kısa
süreli maruziyetler uygulanmıştır. Sigara dumanı hava yolu duvarında polimorfonukleer
lökosit sayılarında artma, BAL’da PNL ve eozinofil düzeylerinde artma oluştururken hava
yolu duvarındaki CD4 ve CD8 hücrelerinde bir artışa yol açmaz.
Sistemik etkiler: Sigaraya maruz bırakılan hayvanların ağırlığının kontrol hayvanların
ağırlığının yaklaşık %85’i kadar olduğu gözlenmiştir. Ayrıca açlık ile de hava keselerinde
genişleme oluşmakta ancak bunun için kilo kaybının çok fazla oluşması gerekmektedir.
Özetle maruziyet süresi, şekli, protokolü ve oluşan lezyonların derecesi farklı olmakla
birlikte çeşitli KOAH modellerinden elde edilen veriler sigara içen insanlarda elde edilen
verilerle karşılaştırıldığında temel olarak benzerlik göstermektedir. Köpek modelleri dışında
akciğer parankiminde oluşan lezyonlar insan amfizemindeki lezyonları tam olarak taklit
etmemektedir. Uygun model seçiminde tür ve cins farklılıklarının göz önünde tutulması
gerekir. Örneğin kobaylarda sigara maruziyeti ile vasküler değişiklikler oluşurken standart rat
4
modellerinde oluşmaz. Her bir hayvan modelinin zayıf ve güçlü yanları olduğuna göre
araştırmacı oluşturacağı hipoteze göre en uygun modeli seçmelidir.
2. KOAH modeli olarak apoptozis
Son dönemlerde ratlarda kasıtlı olarak oluşturulan epitelyal veya endotelyal apoptozis
alveollerde destrüksiyon ve amfizematöz değişikliklere neden olmuştur. Bu modeller çok kısa
zaman periyodunda hava yüzeyi genişlemelerine neden olurken hava yollarını etkilemezler.
VEGF reseptörlerinin inhibisyonu, aktif kaspaz-3’ün ve seramidin intratrakeal uygulanması
ile apoptozis ve amfizem benzeri lezyonlar gelişir (16-18).
3. Proteazlar ya da egzojen ajan verilerek oluşturulan amfizem modeli
3a. Elastaz amfizem modeli
Proteinazlarla (PPE, papain, NE) tek bir intrapulmoner “challenge” panasiner
amfizemin sebebidir. Etkinlik direkt olarak elastolitik aktivitelerine bağlıdır, kollajenazlar
etkisizdir (19). Başlangıç çalışmalarında papain, daha sonra neredeyse tüm çalışmalarda
porsin pankreatik elastaz (PPE) veya insan nötrofil elastazı (HNE) kullanılmıştır. PPE ve
HNE aynı proteolitik spektruma sahip değildir, farklı primer endojen inhibitörleri vardır (20).
Eksojen inhibitörler bu 2 enzimi de inhibe edemez. Bu önemli nokta yeni inhibitörlerin keşfi
çalışmalarında akılda tutulmalıdır. Deney hayvanlarında genel olarak PPE ile oluşturulan
amfizemin sekretuvar hücre metaplazisi, solunum fonksiyon bozukluğu, hipoksemi ve sağ
ventrikül hipertrofisi gibi “İnsan KOAH’ının karakteristik özelliklerini” gösterdiği fakat
murin proteaz modellerinde oluşan amfizemde anlamlı inflamasyon oluşturulamadığı ve
müköz hücre metaplazisi gibi hava yolu değişikliklerinin oluşmadığı ifade edilmektedir (21) .
Bu modelin majör avantajı pahalı olmayan bir ajanla tek doz uygulama ile hızla
amfizem gelişmesidir.
Sonuç: her ne kadar elastaz amfizemini oluşturmak kolay olsa da bu model mekanistik
olarak basit değildir, elastaz amfizemi olsa olsa mekanizma ve/veya terapötik
değerlendirmeler için bir tarama tekniği olarak kabul edilebilir.
3b. Egzojen ajan verilerek oluşturulan amfizem modeli
Çeşitli diğer ajanlarda akciğerde inflamasyon ve injuri oluşturmak için
kullanılmışlardır. Tekrarlayan endotoksinlerin nitrojen dioksit ve ozon gibi oksidanların
verilmesi nötrofil ve aktif makrofajların toplanmasına ve sonuçta hava keselerinde
genişlemelere ve akciğer hasarına yol açmıştır. Nitrojen dioksidin uzun dönem tekrarlanan
uygulamaları hafif fokal amfizem ile sonuçlanırken ozon fibrozise yol açar. Sigara dumanının
bir bileşeni olan kadmiyum klorid primer olarak interstisyel fibrozisin hakim olduğu amfizemi
taklit eder. Kömür tozu ve silika verilmesi fokal amfizemle sonuçlanır (22,23).
5
4. Açlık ile oluşturulan KOAH modeli
İnsanlarda kronik malnutrisyon veya gerçek açlık akciğer parankiminde amfizem
benzeri lezyonların oluşmasına yol açar. Ratlarda açlık modelleri yiyecek miktarlarının
değişik oranlarda azaltılması ile oluşturulmuştur. Bu modellerde elde edilen sonuçlar, akc
volümlerinde azalma, elastik rekoilde anlamlı azalma, hava keseciklerinin çapında %53
artmadır. Mekanik değişiklikler normal yeniden beslenmeye geçildiğinde düzelir (24).
Açlık (Vücut ağırlığının %45 kaybı) ile elastaz amfizem modeli karşılaştırıldığında;
elastaz amfizemi artmış akciğer volümleri, P-V eğrisinin sağa kayması, azalmış ekspiratuvar
akımlar ile insan amfizemini taklit ederken, açlık grubunda da P-V eğrisi sağa kaydığı fakat
akciğer volümlerinde artma olmadığı ve hava akımlarında azalma olmadığı gözlenmiştir. Her
iki grupta da hava kürecikleri genişler her iki modelde akciğer destrüksiyonunu yansıtır.
Sonuç olarak, bu modelin nispeten kısa sürelerde amfizem oluştursa da anfizemin
fizyolojik değişikliklerini karşılamadığı görülmüştür. Çok daha yüksek olasılıkla anormal
akciğer büyümesi ve anormal onarım ile ilgili durumları modelize eder. Hava yolu ve
vasküler değişiklikler oluşmaz.
5. LPS ile oluşturulan KOAH modeli
LPS ile ratlarda oluşturulan akut modelde nötrofil artışı ile birlikte miks inflamatuvar
reaksiyon ve BAL’da TNF-α ve IL-1β, MMP-9 ve MMP-12 artışı izlenirken, farelerde
tekrarlayan intratrakeal (it) LPS uygulamaları ile, hava yolları duvarı ve büyük damarların
duvarlarında dominant olarak CD4 T hücre aggregatları olmak üzere belirgin imflamasyon
oluşur. Bu modelin her ne kadar daha hafif olsa da insan amfizemini ve küçük hava yolu
remodelingini yansıttığı ifade edilmiştir (25).
Sonuç: LPS bir kısa dönem modeldir ve insan KOAH’ının bazı anatomik görünümleri
oluşturulsa da oluşan inflamatuvar yanıt sigara modellerinden farklıdır. Beklide LPS’in en
önemli kullanımı akut atakları taklit etmek amaçlı olabilir. Bu amaçla tek başına veya sigara
içen hayvanlara verilebilir.
6. Genetik müdahale ile amfizem oluşturulması
Bu modeller doğal olarak oluşan mutasyonlar nedeniyle hastalığın ortaya çıktığı
fareler veya laboratuarda üretilen hayvanlarda (belirli genlerin aşırı sekresyonu veya
eksikliği) oluşturulan modelleri içerir. Doğal olarak mutasyonların geliştiği fare soylarında
sigaraya yanıtta belirgin farklılıklar vardır. Bunun nedeni soylar arasında oluşan antioksidan
ve antiproteaz korumanın düzeylerinin farklı olması veya sigaraya karşı doğal veya
kazanılmış inflamatuvar yanıtın kontrolündeki genetik farklılıklar olabilir. Doğal mutant
soylar; Tight skin (Tsk+/-), Pallid (pa/pa), Blotchy ve Beige (bg) farelerdir.
6
Tg fareler proteinlerin aşırı sekresyonu “fonksiyonun artırılması” modellerini,
hedeflenmiş mutagenez ile de “fonksiyonun azaltılması” modellerine ulaşılmıştır. Tg fare
DNA ürünlerinin doku spesifik promoter ile bireysel yumurta hücrelerinin pronukleusuna
injeksiyonu ile oluşturulur. Null mutatlar veya gen hedefli fare (nakavt fare) hedeflenmiş
ürünün embriyonik stem hücrelerine homolog rekombinasyonu ve elektropolasyonu ile
oluşturulur (26). Tg IL-13, Tg IFN-γ, Klotho fareler, Tg MMP-1, Tg IL-11 farelerde
amfizemin görünümlerinin oluşturulduğu Tg modellerdir. Elastin, PDGF-A, fibulin 5, FGFR-
3, FGFR-4 nakavt farelerde ise alveogenezisde belirgin bozulma ve kollajen sentezindeki
artmayla gösterilmiştir. Bu nakavt modeller alveologenezde rolü olan genlerin delesyonu
modelleridir. Bu modellerde ortaya çıkan destrüksiyonun bir gelişimsel anomali mi? Yoksa
matür akciğerin destrüksiyonu yani gerçek amfizem mi? olduğunun ayırımı tam olarak
yapılmamıştır.
ASTIMIN HAYVAN MODELLERİ
Astımın hayvan modelleri hastalığın immunolojik ve fizyolojik patogenezini
araştırmak için yaygın olarak kullanılmışlardır. Geçmişte yapılan pek çok araştırmada
maymun, köpek, rat veya kobay ile modeller oluşturulmuş fakat moleküler biyolojideki
devrim transgenik ve nakavt farelerin yaygın oranda kullanılmasına neden olmuştur (27).
Astım heterojen ve kompleks bir hastalıktır. İdeal olan bu hastalığın
mekanizmalarında kritik yolakların belirlenmesi ve bu hedefe yönelik tedavilerin
geliştirilmesidir (28).
1900 ile 2006 yılları arasında astımın hayvan modeli ile ilgili 3489 yayının olduğu
konuyla ilgili ilk yayının 1968’de yapıldığı, 1990’lardan sonra bu yayınların sayısının belirgin
olarak arttığı bilinmektedir. Fareler astımın immunolojik özelliklerinin araştırılmasında,
kobaylar ise farmakolojik ve toksikolojik çalışmalarda en sık kullanılan türlerdir.
“Astım” modelleri tekrarlanan allerjen aerosolü ile oluşturulmuş ve bu modelin insan
astımının önemli özelliklerini taklit ettiği gözlenmiştir. Bu modelde IgE üretimi ile birlikte
allerjen bağımlı duyarlanma, hava yolu mukozasına eozinofil göçü ile karakterize allerjik
inflamasyon, hava yolu remodelingi, hava yolu hiperreaktivitesi ve allerjen spesifik erken
yanıt görülmektedir (29). Fakat astımın allerjenden bağımsız kronikleşmesi veya akut astım
ataklarının farelerde oluşturulduğu rapor edilmemiştir. Astımın akut modellerinde hastalığın
özellikle hava yolu inflamasyonu ve AHR’yi çok iyi yansıtsa da hastalığın kronikleşmesini ve
subepitelyal fibrozis, goblet hücre hiperplazisi ve hava yolu düz kas hücre hipertrofisini içeren
hava yolu remodelingini oluşturmada yetersiz kalmıştır.
Astım modellerinde farklı hayvan türlerinin önemi
7
Herhangi bir hastalığın modeli oluşturulacağı zaman önce hangi fenotipin
modelleştirileceğinin kararı verilir. Astımda en yaygın olarak “klasik” Th2 fenotipi
oluşturulmuştur. Bu fenotip, yüksek düzeylerde antijen spesifik IgE, eozinofil ahkimiyeti olan
inflamasyon ve Th2 sitokin (IL-4, IL-5, IL-13) paternini içerir (30).
Astım modellerinde sistemik immünizasyon ve “challenge” uygulamasına hava
yollarının yanıtı açısından türler arasında oldukça büyük farklılıklar vardır. Bunun nedenleri,
deney hayvanının türüne spesifik farklılıklar, astım oluşturmak için kullanılacak metod
(kullanılan antijen ve sensitizasyon metodu) ve aynı türde aynı ajana karşı da oluşabilen
immunolojik ve fizyolojik yanıt farklılıkları olabilir (31).
Türe ait farklılıklar
Fareler: OVA, ev tozu akarları, hamam böceği antijenleri, aspergillus fumigatus gibi
pek çok antijenle kolayca sensitize edilebilir. Sensitizasyon ve “challenge” artmış antijen
spesifik IgE düzeyleri, eozinofili, bronş hiperreaktivitesi ile birlikte belirgin Th2 yanıtını
oluşturur (30).
Astımın fare modelinde karşılaşılan problemler; insan eozinofilleri hızla degranüle
olurken fare modelinde eozinofiller degranüle olmaz. Hayvanlarda mast hücreler seretonin
salgılar, seretonin insan astımında önemli rol oynamaz. Astımın fare modelinde alerjenle
duyarlanmayı takiben AHR oluşurken erken astmatik yanıt zayıf oranda gelişmekte, geç
astmatik yanıt ise görülmemektedir. Rat, kobay ve köpeklerde ise geç astmatik yanıtın
oluştuğu süphelidir, koyunlarda ise her üç yanıtta gelişmektedir. Farelerde alerjen ile
duyarlandırılmayı takiben yanıtta kronikleşme gelişmez. Alerjene tolerans gelişmektedir belki
de bu durum immunolojik yanıtın baskılanmasına bağlı olabilir (32).
Ratlar: En az fareler kadar popüler, ucuz, gelişmiş genetik teknoloji, hacimlerinin
farelere göre daha büyük olması nedeniyle alınan örneklerin miktarlarının daha fazla olması,
anastezi altında daha stabil olduklarından fizyolojik ölçümler için daha uygun hayvanlardır.
Astım modeli oluşturulmasında Ag ile duyarlanmaya karşı en yüksek IgE ve inflamatuvar
yanıt oluştuğundan rat soyları içerisinde en uygun olanı Brown-Norway ratlardır (33).
Sensitizasyon çeşitli alerjenlerle kolayca oluşturulabilir ve Th2 baskın yanıt elde edilir.
Ratlarda akciğer mekanikleri kolaylıkla ölçülebilir, AHR, erken ve geç astmatik yanıt oluşur
bu nedenle de farelere göre biraz daha avantajlıdır. Farelerde olduğu gibi alerjene karşı
zamanla tolerans gelişir buda kronik alerjik yanıtın ve akciğer yapı ve fonksiyonunda kronik
değişikliklerin oluşmasını engeller.
Kobaylar: Alerjik hava yolu yanıtının en eski modelleridir. İnbred soylarının az
sayıda olması, kobay spesifik reaktiflerin az sayıda olması nedeniyle mekanistik çalışmalar
8
için çok uygun değildirler. OVA ile kolaylıkla sensitize edilirler (34). Genellikle ilaçlar için
tarama modelinde kullanılmışlardır. Metakolin, histamin ve alerjen sensitizasyonuna karşı
insan hava yollarına benzer yanıt verirler fakat lökotrienlere yanıtta fark vardır. Seretonin
kobaylar için potent bronkokonstrüktör iken insanlar için değildir. Kobaylar erken ve geç
astmatik yanıtın oluşturulmasında ideal modellerdir. Kobayların oluşturulan modele
immunolojik yanıtı değerlendirildiğinde alerjik yanıtta IgG ’in majör rol oynadığı görülür, ve
1
yine dikkat edilmesi gereken bir konu da kobayların bazal eozinofil düzeylerinin yüksek
olmasıdır.
Büyük hayvanlar: Büyük ebatları nedeniyle daha kolay ölçümler yapılabilmesine
rağmen spesifik prob eksikliği ve cost efektivite nedeniyle daha az kullanılırlar. Köpekler,
Askaris suum’a karşı doğal olarak duyarlı, hava yolları diğer memelilere göre daha geniş, BK
yanıt daha azdır (35). Koyunlar, A. suum’a karşı doğal olarak duyarlı, LTE yanıtı insanlara
4
benzer, AHR, erken ve geç astmatik yanıt gelişir (36).
Aynı deney hayvanı türünde soya bağlı farklılıklar
A/J farelerde tekrarlayan in OVA instillasyonundan sonra sürekli eozinofil
infiltrasyonu ve hava yolu remodelingi bildirilirken BALB/c, C57BL/6 ve C3H/HeJ farelerde
aynı metodla bu değişiklikler izlenmemiştir (37). Bir diğer çalışmada ise A/J farelerde
OVA/alum’dan sonra inhalasyon “challenge” leriyle geçici eozinofil artışı ve daha az hava
yolu remodelingi gözlenmiştir (31). Alerjene yanıtaki soy farklılıklarının en azından bir
kısmının uygulanan metod ve alerjen dozu ile de değişebileceği akılda tutulmalıdır.
Astımın hayvan modellerinde problemler
Laboratuar deneylerinde kullanılan hayvanlarda spontan olarak astım gelişmez bu
nedenle hayvan verilerinin insan verilerine uyarlanması zordur. Ayrıca deney hayvanlarında
tam astım fenotipi yerine astımla ilişkili bir özelliğinin modelinin oluşturulması daha
uygundur.
Kronikleşme; Astım modellerinin büyük çoğunluğunda inflamasyonun kronik
markırları ve uzun süreli AHR’si oluşturulamamıştır ve çoğu akut inflamatuvar delilleri sağlar
(38). Temelkovski sistemik immünizasyondan sonra düşük doz aerosol OVA ile bazı kronik
astım delillerini elde etmiştir (39). Daha önceki çalışmaların verilerine göre uygulanan
alerjene karşı tolerans gelişdiği ifade edilse de daha sonra oluşturulan kronik astım
modellerinde düşük doz alerjene uzun süreli maruziyetler uygulanarak astımın kronik vasıflı
değişiklikleri oluşturulmuştur.
İnfant-adult dönem; Yaşamın erken dönemlerinde maruz kalınabilecek ve
immünolojik ve yapısal değişikliklere yol açıp bireyin astıma dönüp dönmeyeceğini
9
belirleyen şartlar deneysel astım modelinde sağlanamaz. Deneysel astım modeli erişkin
hayvanlarda oluşturulur. Adult immün sistem antijenle sensitize edilir bu da juvenil
hayvanların nispeten daha doğal ve immatür immün sistem immünizasyonundan yüksek
olasılıkla farklı olacaktır.
Anatomi; Hayvanlardaki postür değişikliği önemsiz gibi görünmekle birlikte postür
yer çekimi nedeniyle akciğerin hareket gücünü azaltabilir. Hava yollarının dallanma paterni
ve morfolojisi de farklıdır. Bu farklı dallanma paterni aerosol depozisyonunu önemli ölçüde
etkiler.
Hayvanların ebatları; Küçük hayvanlarda akciğer fonksiyonlarının değerlendirilmesi
teknik imkanlar gerektirir ayrıca akım parametresinin ölçümü, çok küçük volümlerde
yapıldığı için ölü boşluk nedeniyle problemlidir (40). Altın standart invaziv yöntemler
olmakla beraber en popüler teknik “non-invaziv barometrik pletismografi” dir.
MODELLER
I. SİSTEMİK İMMÜNİZASYON
Küçük hayvanlarda astım modelinin oluşturulmasına en yaygın kullanılan model OVA
protokolüdür. Bu teknikte genellikle OVA (Ag) ve adjuvan (genellikle alum, aliminyum
hidroksit) ile intraperitoneal (ip) enjeksiyon ile sistemik immünizasyon tek doz veya booster
injeksiyonlar şeklinde yapılır. Genellikle 1-2 hafta olan inkubasyon periyodundan sonra OVA
ile aerosol “challenge” yapılır. Örnekler son “challenge” den 24-48 saat sonra alınır. Adjuvan
olarak kullanılan alum deney hayvanı herhangi bir antijene maruz kaldığında en yüksek Th2
yanıtını oluşturmaktadır (41).
II. ADJUVAN İÇERMEYEN SENSİTİZASYON
A/J farelerin tekrarlayan intranazal sensitizasyonu şeklinde uygulanmıştır. Hedef
organ direkt olarak duyarlandırıldığı için insan astımını daha iyi yansıttığı düşünülse de
sistemik immünizasyona göre sonuçta daha hafif yanıt elde edilmiştir (31).
III. ADOPTİF TRANSFER MODELLERİ
Bu modellerde Ag sunan dentritik hücrelerin veya birincil vahşi tip T hücrelerinin
transferi, T hücrelerinin genetik olarak değiştirilmesi ve daha sonra alıcı farelere ilgili antijen
ile “challenge” uygulanmasını içerir (42). Bu metodlar aktif sensitizasyon metodları
olmamakla birlikte eozinofil ağırlıklı inflamasyon oluşturmaktadır.
IV. GENETİK MANİPULASYONLARLA SPONTAN HASTALIK GELİŞEN
MODELLER
10