Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ thực nghiệm sử dụng trong nghiên cứu thuốc điều trị bệnh Alzheimer chủ yếu là các mơ hình gây suy giảm trí nhớ trên động vật bằng các tác nhân hóa học [152]. Nếu phân loại theo cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer bao gồm các mơ hình liên quan đến giả thuyết cholinergic, giả thuyết glutamat, giả thuyết β-amyloid, giả thuyết protein tau, giả thuyết stress oxy hóa và các mơ hình khác [205], [233]. Dưới đây là chi tiết về một số mơ hình.
1.3.1.1.Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ liên quan đến giả thuyết cholinergic
Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ thực nghiệm liên quan đến giả thuyết cholinergic được xây dựng dựa trên nguyên tắc sử dụng chất hóa học có khả năng gây tổn thương hệ cholinergic. Các chất được sử dụng để gây mơ hình này như scopolamin và atropin [92], [145], [178], [203]. Atropin khó đi qua hàng rào máu não và gây suy giảm trí nhớ trên động vật không rõ rệt nên ít được sử dụng [28], [145], [157]. Liên quan đến giả thuyết này, scopolamin được sử dụng nhiều nhất trên thực nghiệm. Đây là chất đối kháng thụ thể muscarinic [65], có khả năng cạnh tranh vị trí gắn của acetylcholin ở màng sau synap gây cản trở dẫn truyền của acetylcholin tại thần kinh trung ương; dẫn đến thối hóa tế bào thần kinh và suy giảm trí nhớ [92], [178], [203].
Mơ hình gây suy giảm trí nhớ bằng scopolamin ban đầu được tiến hành trên chuột cống [46], sau đó áp dụng trên chuột nhắt do những ưu điểm của lồi này như tính sẵn có và tiết kiệm chi phí [77]. Về cách thức đưa thuốc, thường dùng tiêm phúc mạc hoặc tiêm dưới da; tuy nhiên, đường tiêm phúc mạc được ưu tiên lựa chọn trên động vật gặm nhấm [46], [77]. Thời điểm tiêm thường được tiến hành trước khi test hành vi 30 phút [182]. Mức liều scopolamin tiêm phúc mạc trên chuột nhắt dao động từ 0,1 – 8 mg/kg [32], [55]; nhưng phổ biến nhất là 1 và 3 mg/kg [68], [104], [161], [232]. Đặc điểm về mơ hình này được trình bày trong hình 1.8.
19
Hình 1.8. Đặc điểm mơ hình gây suy giảm trí nhớ bằng scopolamin [89]
NO: Nitric oxid, MDA: Malondialdehyde, SOD: Superoxid dismutase, GPx: Glutathion peroxidase, iNOS, Cox-2: Cyclooxygenase-2, TNF-α: Yếu tố hoại tử khối u alpha, BDNF: Yếu tố dinh dưỡng thần kinh có nguồn gốc từ não.
Tại Việt Nam, mơ hình gây suy giảm trí nhớ bằng scopolamin đã được triển khai trên chuột nhắt tại Bộ môn Dược lực, Trường Đại học Dược Hà Nội với mức liều 1 và 3 mg/kg qua đường tiêm phúc mạc [12]. Ưu điểm của mơ hình này là quy trình đơn giản, dễ thực hiện và chi phí thấp nên thường được lựa chọn trong các nghiên cứu in vivo để nghiên cứu thuốc điều trị bệnh Alzheimer [65], [145], [212]. Mơ hình có hạn chế là khơng tạo ra được bệnh tiến triển tương tự trên người; phải tiêm lặp lại nhiều lần do gây suy giảm trí nhớ trong thời gian ngắn [65], [145].
Thơng số đánh giá của mơ hình gây suy giảm trí nhớ liên quan đến giả thuyết cholinergic hay các mơ hình gây suy giảm trí nhớ thực nghiệm khác được xác định dựa trên sự thay đổi hành vi hay các chỉ số sinh hóa. Sự thay đổi hành vi được đánh giá thông qua các test hành vi. Mỗi test hành vi được dùng để đánh giá một khía cạnh của trí nhớ, chi tiết sẽ được trình bày trong mục 1.3.2. Sự thay đổi của các chỉ số sinh hóa được trình bày trong mục 1.3.3.
1.3.1.2.Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ liên quan đến giả thuyết glutamat
Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ thực nghiệm liên quan đến giả thuyết glutamat được xây dựng dựa trên nguyên tắc sử dụng chất hóa học để gây tổn thương hệ glutamergic [82], [158], [194]. Các chất được sử dụng gồm glutamat và các chất tương tự glutamat như acid ibotenic, acid kaninic, acid quisqualaic, N- methyl-d-aspartat (NMDA) [28]. Trong đó, acid ibotenic được sử dụng nhiều nhất
20
trong các nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến giả thuyết này. Acid ibotenic là một chất độc thần kinh có khả năng kích thích q mức thụ thể NMDA làm dòng Ca2+ tràn vào tế bào chất gây rối loạn chức năng ty thể dẫn đến thối hóa tế bào thần kinh và suy giảm trí nhớ [144], [82]. Mơ hình này được tiến hành trên cả chuột cống và chuột nhắt [204], [237]. Acid ibotenic thường được tiêm vào nhân nền magnacellularis với mức liều dao động từ 2 đến 10 μg/μl [14], [75], [204], [237]; hoặc một số khu vực khác như não trước và hải mã [62], [144].
Ưu điểm của mơ hình này là tác động đến cả hệ glutamergic và cholinergic [144], [152]. Tuy nhiên mơ hình có nhiều hạn chế như kỹ thuật phức tạp, khó thực hiện, thời gian của một đợt nghiên cứu kéo dài. Acid ibotenic là chất độc thần kinh mạnh, gây tử vong động vật với tỷ lệ cao nên ít được sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm [62].
1.3.1.3.Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ liên quan đến giả thuyết β-amyloid
Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ trên động vật bằng β-amyloid được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1991 [105], [233]. Peptid β-amyloid là thành phần chính của mảng thối hóa thần kinh ngoại bào. Sau khi tạo thành, β-amyloid kích thích phản ứng viêm, stress oxy hóa, mất cân bằng nội mơ mạng lưới nội chất làm hình thành các mảng thối hóa thần kinh ngoại bào và đám rối sợi thần kinh nội bào (NFTs) gây rối loạn dẫn truyền dẫn đến tổn thương, chết tế bào thần kinh và suy giảm trí nhớ [25], [39], [47], [48], [150], [178].
Một số phân đoạn β-amyloid hay sử dụng trên thực nghiệm là β-amyloid1-40 [105], β-amyloid1-42, β-amyloid25-35 [128], [151], [209]. Phân đoạn β-amyloid25-35 mặc dù khơng có trong não người nhưng được sử dụng rộng rãi trong các mơ hình thực nghiệm thay thế cho các β-amyloid có độ dài đầy đủ vì β-amyloid25-35 duy trì được độc tính tương tự như các β-amyloid nội sinh. Với độ dài ngắn hơn giúp cho quá trình tổng hợp đơn giản, nhanh chóng [29]. Trước khi gây mô hình, cần phải hoạt hóa β-amyloid để chuyển từ dạng monomer sang oligomer. Đây là dạng có khả năng tích tụ và gây tổn thương trong mơ não chuột dẫn đến suy giảm trí nhớ [116], [214].
Các nghiên cứu trên thế giới tiến hành gây suy giảm trí nhớ thơng qua tiêm trực tiếp, tiêm bằng thẩm tách micro hoặc truyền vào mô não. Phương pháp tiêm bằng thẩm tách micro giúp tiêm chính xác vào vị trí mơ não và ít gây tổn thương tại
21
vị trí tiêm [212], [233]. Khu vực thường được lựa chọn để tiêm là vỏ não, hải mã và não thất [105], [120], trong đó não thất là vị trí phổ biến nhất vì giúp β-amyloid25-35 được phân phối nhanh chóng trong mơ não [151]. Các mức liều β-amyloid25-35 dùng trên chuột nhắt dao động từ 1 đến 20 nmol, nhưng mức liều 3 và 9 nmol được sử dụng phổ biến nhất để gây suy giảm trí nhớ trên chuột nhắt [34], [50], [122], [143], [168], [214], [235], [245].
Ưu điểm của mơ hình này là khơng chỉ tạo ra được sự lắng đọng của mảng β- amyloid ở ngoại bào mà cịn gây tích lũy đám rối nội thần kinh, stress oxy hóa, kích hoạt phản ứng viêm. Đáng chú ý là mơ hình này có thể tạo nên suy giảm trí nhớ tiến triển tương tự như trên người. Mơ hình tiêm liều đơn β-amyloid có thể gây suy giảm trí nhớ trong thời gian tương đối dài nên không cần phải tiêm lặp lại nhiều lần [151], [205], [212], [233]. Tuy nhiên, mơ hình có hạn chế là kỹ thuật tương đối phức tạp, thời gian nghiên cứu kéo dài [28], [205], [233].
1.3.1.4.Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ liên quan đến giả thuyết protein tau
Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ thực nghiệm liên quan đến protein tau được xây dựng dựa trên nguyên tắc sử dụng chất hóa học để gây mất cân bằng giữa q trình phosphoryl hóa và khử phosphoryl hóa protein tau [205]. Tác nhân được dùng trong mơ hình này là các chất có khả năng hoạt hóa enzym kinase hoặc ức chế enzym phosphatase. Acid okadaic là độc tố nhóm polyether, có khả năng ức chế phosphatase 1, 2A gây tăng cường phosphoryl hóa protein tau [20], [205]. Bên cạnh đó, acid okadaic cũng thúc đẩy stress oxy hóa, kích hoạt phản ứng viêm dẫn đến thối hóa, chết tế bào thần kinh và suy giảm trí nhớ nên thường được sử dụng trong các nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến giả thuyết này [93], [125], [233].
Mơ hình gây suy giảm trí nhớ bằng tiêm acid okadaic thường được tiến hành trên chuột cống [85]. Acid okadaic được tiêm vào khu vực não thất, hải mã và một số khu vực khác với mức liều dao động từ 100 đến 200 ng [41], [85]. Đây là chất ngoại sinh duy nhất có khả năng gây tăng cường phosphoryl hóa protein tau [152].
Ưu điểm của mơ hình này là tạo ra được sự lắng đọng của đám rối nội thần kinh. Tuy nhiên, mơ hình có hạn chế là kỹ thuật thực hiện khá phức tạp nhưng khơng tạo ra được suy giảm trí nhớ tiến triển giống với cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer. Thời gian gây suy giảm trí nhớ của acid okadaic chỉ kéo dài trong
22
khoảng 2-3 tuần [205]. Đây là chất độc thần kinh mạnh nên gây tử vong động vật với tỷ lệ cao nên ít được sử dụng trong các nghiên cứu thực nghiệm [125], [233].
1.3.1.5.Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ liên quan đến giả thuyết stress oxy hóa
Các mơ hình gây suy giảm trí nhớ thực nghiệm liên quan đến giả thuyết stress oxy hóa được xây dựng dựa trên nguyên tắc sử dụng tác nhân để gây mất cân bằng giữa các chất oxy hóa và chất chống oxy hóa. Tác nhân được dùng thường là các chất có khả năng kích thích hình thành các gốc tự do từ đó gây tăng cường q trình stress oxy hóa như trimethyltin, β-amyloid và 1-metyl-4-phenyl-1,2,3,6- tetrahydropyridin (MPTP) [98]. Trong đó, trimethyltin là một hợp chất hữu cơ của thiếc được sử dụng nhiều trong ngành cơng, nơng nghiệp [220]; có khả năng gây tăng cường sản xuất các gốc tự do, tăng hàm lượng MDA làm thúc đẩy q trình stress oxy hóa. Đồng thời, gây giảm giải phóng acetylcholin, tăng hoạt độ enzym AChE dẫn đến thối hóa, chết tế bào thần kinh và gây suy giảm trí nhớ trên động vật [88], [119].
Các mức liều phổ biến của trimethyltin có thể gây suy giảm trí nhớ trên chuột nhắt thông qua tiêm phúc mạc là 2,3; 2,4; 2,5 mg/kg [13], [40], [88], [119], [169]. Nếu dùng trimethyltin liều cao sẽ gây chết động vật. Ngược lại nếu sử dụng liều thấp như 2,0 mg/kg thì khơng có khả năng gây tổn thương tế bào thần kinh [91]. Thời điểm gây mơ hình dao động từ 1 đến 7 ngày [13], [78], [191].
Tại Việt Nam, mơ hình gây suy giảm trí nhớ bằng trimethyltin đã được triển khai trên chuột nhắt tại Trường Đại học Y Dược thành phố Hồ Chí Minh với mức liều 2,4 mg/kg qua đường tiêm phúc mạc [13]. Vì mơ hình gây chết động vật với tỷ lệ cao [91] nên cần khảo sát lại mức liều và thời điểm đưa thuốc có khả năng gây suy giảm trí nhớ mà ít gây chết động vật nhất. Ưu điểm của mơ hình là khơng chỉ ảnh hưởng đến quá trình stress oxy hóa mà cịn kích hoạt q trình viêm và tổn thương hệ cholinergic. Sau khi tiêm liều đơn trimethyltin gây tổn thương cấp tính kéo dài đến 60 ngày với quy trình đơn giản và dễ thực hiện [40], [152]. Mơ hình này có hạn chế là gây tổn thương não động vật trên diện rộng. Khoảng liều an toàn của trimethyltin tương đối hẹp nên gây tỷ lệ chết động vật cao [112], [167].
23
1.3.1.6.Các mơ hình khác
Ngồi các mơ hình sử dụng các tác nhân hóa học để gây tổn thương, thối hóa tế bào thần kinh thì có thể gây tổn thương mà khơng sử dụng tác nhân hóa học hoặc gây biến đổi gen trên thực nghiệm [145], [158], [233].
Mơ hình gây tổn thương bằng dịng điện hay phẫu thuật cũng có thể gây suy giảm trí nhớ trên động vật. Một số phương pháp phẫu thuật hay được dùng như gây tổn thương vùng khướu giác và gây thiếu máu não cục bộ bằng cách thắt hai động mạch cảnh. Tuy nhiên các mơ hình này có hạn chế là tương đối phức tạp và gây ra các tổn thương không chọn lọc [74], [114], [145], [158], [233]. Mơ hình biến đổi gen được xây dựng trên cơ sở các đột biến xảy ra ở bệnh nhân Alzheimer như đột biến gen APP và presenilin sẽ thúc đẩy phân cắt theo con đường bệnh lý, còn đột biến gen apolipoprotein E sẽ ức chế quá trình thanh thải β-amyloid. Trong đó có thể gây đột biến một, hai hoặc ba gen tùy vào từng mơ hình [188], [212].