Πειραματική αυτοάνοση εγκεφαλομυελίτιδα

Η Πειραματική Αυτοάνοση Εγκεφαλομυελίτιδα (Experimental Autoimmune Encephalomyelitis, αναφερόμενη σύντομα ως EAE) είναι μια νόσος, που χρησιμοποιήθηκε στην έρευνα για τη λύσσα. Αρχικά προκαλούνταν σε ζώα και ανθρώπους και έλαβε το χαρακτηρισμό Αλλεργική Εγκεφαλομυελίτιδα. Σήμερα η EAE χρησιμοποιείται ως πειραματικό μοντέλο σε ζώα με σκοπό να προκληθεί στα τελευταία μια κατάσταση που προσομοιάζει με την πολλαπλή σκλήρυνση (MS).

Περιγραφή

Η MS (πολλαπλή σκλήρυνση) είναι μια χρόνια νόσος του κεντρικού νευρικού συστήματος, κύρια χαρακτηριστικά της οποίας είναι η απομυελίνωση, η ποικίλου βαθμού φλεγμονή, η καταστροφή των ολιγοδενδροκυττάρων και ο εκφυλισμός των νευραξόνων. Η βασική αιτία είναι ακόμη άγνωστη, ωστόσο είναι κοινώς αποδεκτό ότι πρόκειται για αυτοάνοση νόσο προκαλούμενη από τη μη φυσιολογική πρόσβαση που αποκτούν τα λεμφοκύτταρα στο κεντρικό νευρικό σύστημα μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Με την είσοδό τους αυτή, τα Τ λεμφοκύτταρα επιτίθενται στη μυελίνη και ενεργοποιούν φλεγμονώδεις κυτοκίνες, Β κύτταρα, μακροφάγα και μικρογλοία ολοκληρώνοντας έτσι τη φλεγμονώδη αντίδραση. Τέλος, σύμφωνα με επιδημιολογικά στοιχεία περιβαλλοντικοί και γενετικοί παράγοντες συνεισφέρουν στην προδιάθεση της ασθένειας. Οι νοσούντες της MS είναι κυρίως νεαρά άτομα ηλικίας 20-40 ετών στους οποίους η ασθένεια μπορεί να αναπτυχθεί με τους εξής τρόπους:

Καλοήθης

1.Καλοήθης: Σε αυτή τη μορφή οι ασθενείς δε θα εμφανίσουν καινούριο απομυελινωτικό επεισόδιο.

Με υφέσεις και εξάρσεις

2.Με υφέσεις και εξάρσεις: Απρόβλεπτες επιθέσεις που ενδέχεται να αφήσουν μόνιμες βλάβες ακολουθούμενες από περιόδους ύφεσης.

3.Πρωτοπαθής προϊούσα: Χαρακτηρίζεται από σταθερά προϊούσα συσσώρευση νευρολογικών υπολειμμάτων. Είναι η πιο δύσκολη μορφή διότι ανταποκρίνεται λιγότερο στις διάφορες θεραπείες.

Πρωτοπαθής προϊούσα

4.Δευτεροπαθής προϊούσα: Όπου η αρχικά υποτροπιάζουσα μορφή, παρουσιάζει ολοένα και συχνότερες εξάρσεις οι οποίες δεν ακολουθούνται από πλήρη βελτίωση, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση υπολείμματος και μία πορεία ελαφρώς προοδευτική.

Δευτεροπαθής προϊούσα

5.Οξεία: Αφορά μια σταθερή νευρολογική ύφεση με ενδιάμεσες επιθέσεις.

Πειραματικά μοντέλα Πολλαπλής Σκλήρυνσης

Η MS αποτελεί ίσως την περισσότερο μελετημένη απομυελινωτική νόσο του κεντρικού νευρικού συστήματος με κύριους στόχους την κατανόηση της παθογένειας και την ανάπτυξη στοχευμένων θεραπειών. Δεν υπάρχουν ιδανικά πειραματικά μοντέλα σε ζώα για την MS, αλλά μοντέλα όπως της πειραματικής αυτοάνοσης εγκεφαλομυελίτιδας (EAE - Experimental Autoimmune Encephalomyelitis) μιμούνται την MS στα σημαντικά χαρακτηριστικά της. Άξια αναφοράς θεωρούνται επίσης τα μοντέλα της TMEV (Theiler’s Murine Encephalomyelitis Virus) και της IC-DTH (Intracerebral Delayed Type of Hypersensitivity). Στο μεν πρώτο έχουμε ιογενή μόλυνση του κεντρικού νευρικού συστήματος και προκαλείται αυτοάνοση φλεγμονώδης απομυελίνωση. Το δε δεύτερο θεωρείται χρήσιμο σε περίπτωση που κάποιος θελήσει να εργαστεί με πειραματόζωα μη ευαίσθητα στη ΕΑΕ.

Βασικοί προκαταρκτικοί παράγοντες για την πρόκληση της EAE

Για την πρόκληση της EAE απαιτούνται ορισμένοι προκαταρκτικοί παράγοντες. Ως αντιγόνα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ομογεννοποιημένα τμήματα του κεντρικού νευρικού συστήματος και οι πρωτεϊνες MBP, PLP και MOG ολόκληρες ή σε πεπτίδια, το κατάλληλο γενετικό περιβάλλον όσον αφορά σε συγκεκριμένους συνδυασμούς του μείζονος συμπλέγματος ιστοσυμβατότητας (MHC) με τα παραπάνω αντιγόνα και ανοσοενισχυτικοί παράγοντες που χρησιμοποιούνται για τη διάνοιξη του αιματοεγκεφαλικού φραγμού.Τέλος, σπουδαίο ρόλο παίζουν και οι παράγοντες ηλικία, φύλο και περίοδος πρόκλησης. Η EAE μπορεί να προκληθεί ενεργητικώς ή παθητικώς ανάλογα με τα πλεονεκτήματα από τα οποία θέλουμε να επωφεληθούμε σε κάθε περίπτωση.

Ενεργητικώς προκλητή EAE

Στην ενεργητικώς προκλητή EAE χρησιμοποιούνται θηλυκά ποντίκια ηλικίας 5 έως 7 εβδομάδων στα οποία γίνεται υποδόρια έγχυση ενός εκ των προαναφερθέντων αντιγόνων και του ανοσοενισχυτικού παράγοντα του Freund (CFA). Οι επιπτώσεις της ασθένειας μπορούν να ενισχυθούν με τη χορήγηση τοξίνης κοκκύτη και διαφέρουν στα διάφορα είδη ζώων, καθώς καθένα από αυτά παρουσιάζει διαφορετικού βαθμού ευαισθησία στην EAE. Η νόσος εκδηλώνεται 9-11 μέρες μετά την ανοσοποίηση, κορυφώνεται 3-4 μέρες αργότερα και το 30%-50% των ζώων υποτροπιάζουν ύστερα από μερική ή ολική ανάρρωση.

Παθητικώς προκλητή EAE

Στην παθητικώς προκλητή EAE τα ζώα ανοσοποιούνται με το επιθυμητό αντιγόνο και η λέμφος συλλέγεται μετά από διάστημα 7 έως 12 ημερών. Τα λεμφοκύτταρα στη συνέχεια καλλιεργούνται παρουσία αντιγόνων και ακτινοβολημένων σπληνοκυττάρων ως αντιγονοπαρουσιαστικά για 4 ημέρες και μετά για 10 ημέρες χωρίς αντιγόνο, αλλά παρουσία αυξητικών παραγόντων (ιντερλευκίνης-2 ή με το υπερκείμενο σπληνοκυττάρων που έχουν ενεργοποιηθεί με κονκαβαλίνη Α). Με αυτή τη διαδικασία προκύπτει ένας κλώνος Τ λεμφοκυττάτων που μπορεί να χορηγηθεί σε υγιή ζώα για την πρόκληση EAE. Το πλήθος των κυττάρων που απαιτείται εξαρτάται από το είδος του ζώου, αλλά γενικά αφορά αρκετά εκκατομύρια κύτταρα ανά ζώο. Το γεγονός αυτό περιορίζει τον αριθμό των ζώων στα οποία μπορούν να εγχυθούν τα κύτταρα σε σχέση με την ενεργητική EAE. Ο χρόνος εκδήλωσης, λόγω έλλειψης ανοσοποίησης in vivo είναι ταχύτερος από την ενεργητική (5 ημέρες μετά την έγχυση). Πλεονεκτήματα της παθητικής μεθόδου θεωρούνται η ξεχωριστή μελέτη της ανοσοποιητικής επίδρασης ανεπηρέαστης από τον ανοσοποιητικό μηχανισμό του ζώου, καθώς και η μελέτη και ο χειρισμός των Τ λεμφοκυττάρων in vitro πρωτού μεταφερθούν στα ζώα.

Ανάλυση της EAE

Η ανάλυση της EAE γίνεται σε αρκετά επίπεδα: Κλινικά, Ιστοπαθολογικά, Μαγνητική τομογραφία (MRI), Στατιστικά.

Κλινικά

Η κλινική εμφάνιση της EAE είναι κατ’ουσίαν ό,τι μια αύξουσα μυελίτιδα και αυτό αντανακλάται στο σύστημα βαθμολόγησης:

• 0: Το ζώο μπορεί είναι ικανό να κρατά την ουρά του 90^ο προς τα πάνω όταν ανασηκώνεται ραχιαία.
• 1: Κρατάει την ουρά του σε οριζόντιο επίπεδο όταν σηκώνεται ραχιαία.
• 2: Το ζώο δε μπορεί να σηκώσει την ουρά του.
• 3: Το ζώο δε μπορεί να γυρίσει από ύπτια θέση σε ευθεία.
• 4: Έχουμε παράλυση πίσω άκρων.
• 5: Το ζώο καθίσταται τετραπληγικό
• 6: Θάνατος

Ιστοπαθολογικά

Η μικροσκοπική εξέταση του κεντρικού νευρικού συστήματος είναι αναγκαία για να αποδείξουμε τις κλινικές συνέπειες που προκαλούνται από παθολογικούς μηχανισμούς.

Μαγνητική τομογραφία (MRI)

Έχει γίνει ανεκτίμητο εργαλείο για τη διαχείριση και μελέτη της MS, καθώς και για την αξιολόγηση των κλινικών δοκιμών. Η MRI επιτρέπει την παρακολούθηση της φλεγμονής από τα αρχικά ακόμη στάδια, η οποία μπορεί να είναι διαρκής, αλλά και in vivo. Ωστόσο, ακόμη θεωρείται απαραίτητη η θανάτωση των πειραματόζωων.

Στατιστικά

Ομάδες τουλάχιστον 10 έως 15 ζώων απαιτούνται για μία έγκυρη στατιστική ανάλυση.

Κλινικές εικόνες της ΕΑΕ,Grigoriadis et al, Curr Med Chem, 2005

Σύγκριση των μοντέλων MS και EAE

Το σημαντικότερο μειονέκτημα της EAE είναι ότι προκαλείται από γνωστό αντιγόνο, κυρίως σε ζώα με γενετική προδιάθεση. Η MS είναι μια αυθόρμητη ασθένεια άγνωστης αιτιολογίας σε έναν ετερογενή πληθυσμό έστω και με κάποια γενετική προδιάθεση. Αρκετές θεραπείες έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικές στην EAE ενώ απέτυχαν στην MS. Ακόμη, η MS εμφανίζει μεγάλη ετερογένεια στην εξέλιξή της σε αντίθεση με τη σταθερή πορεία που εμφανίζει η ΕΑΕ. Τέλος, αν και στην ΕΑΕ εντοπίζονται CD4+ Τ λεμφοκύτταρα, στον ασθενή με MS πλεονάζουν τα CD8+ Τ λεμφοκύτταρα.

Τρόπος χρήσης ΕΑΕ ως αξιόπιστο πειραματικό μοντέλο

1. Όταν χρησιμοποιείται η ΕΑΕ ως ένα μοντέλο για την μελέτη θεραπευτικών παρεμβάσεων που αφορούν την MS, θα πρέπει πρώτα να αποδειχθεί ότι ο μηχανισμός που επηρεάζει τη νόσο είναι λειτουργικός τόσο στην ΕΑΕ όσο και στην MS.
2. Η θεραπεία ενός ασθενή με MS τελείται αφού η ασθένεια έχει εξελιχθεί, επομένως η επιλογή του χρόνου για δειγματοληψία και θεραπευτικές παρεμβάσεις στην ΕΑΕ είναι κρίσιμη. Θεραπείες στην ΕΑΕ που γίνονται στη διάρκεια της ανoσοποίησης έχουν ελάχιστη σημασία για την MS.

Σύνοψη

Η ΕΑΕ είναι ακόμη το καλύτερο πειραματικό μοντέλο που είναι διαθέσιμο για τη μελέτη ορισμένων από τους κυριότερους μηχανισμούς παθογένεσης της MS όπως και θεραπευτικών παρεμβάσεων που στοχεύουν σε αυτούς τους μηχανισμούς. Περαιτέρω βελτιώσεις στην MRI και στο μοντέλο της ΕΑΕ θα βοηθήσει αναμφίβολα στην κατανόηση της συσχέτισης των παθοφυσιολογικών μηχανισμών μεταξύ ΕΑΕ και MS και πως ευρήματα μοντέλων πειραματόζωων μπορούν να αποτελέσουν παρέκταση στις ανθρώπινες ασθένειες.

Πηγές

• Rosetta Pedotti¹, Jason J. De Voss², Lawrence Steinman² and Stephen J. Galli³ - ¹Immunology and Muscular Pathology Unit, National Neurological Institute ‘C. Besta’, Milan, 20133, Italy, ²Department of Neurology, Stanford University Medical Center, Stanford, CA 94305, USA, ³Department of Pathology, Stanford University Medical Center, Stanford, CA 94305, USA (2003). «Involvement of both ‘allergic’ and ‘autoimmune’ mechanisms in EAE, MS and other autoimmune diseases». TRENDS in Immunology 24 (9): 479-484. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2010-12-13. https://web.archive.org/web/20101213173126/http://direct-ms.org/pdf/ImmunologyMS/Pedotti%20allergy%20auto.pdf. Ανακτήθηκε στις 2011-06-18. 
• Ralf Gold MD, Consultant in Neurology and Head Clinical Research Group for Multiple Sclerosis and Neuroimmunology^b, Hans-Peter Hartung MD, Professor and Chairman^a and Klaus V. Toyka MD, Professor and Chairman^b - ^aDepartment of Neurology, University of Graz, Graz, Austria, ^bDepartment of Neurology, University of Wurzburg, Neurologische Universitätsklinik, Josef-Schneider-Str. 11, 97080 Würzburg, Germany. (2000). «Animal models for autoimmune demyelinating disorders of the nervous system». MOLECULAR MEDICINE TODAY 6: 88-91. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1357431099016391. 
• K. Gijbels¹, S. Engelborghs², P.P. De Deyn² - ¹Department of Immunology, Janssen Research Foundation, Beerse, Belgium, ²Department of Neurology, AZ. Middelheim and Department of Neurology, Laboratory of Neurochemistry and Behavior, Born-Bunge Foundation,University of Antwerp, Antwerp, Belgium (2000). «EXPERIMENTAL AUTOIMMUNE ENCEPHALOMYELITIS: AN ANIMAL MODEL FOR MULTIPLE SCLEROSIS». NEUROSCIENCE RESEARCH COMMUNICATIONS 26 (3): 193-206. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1520-6769%28200005/06%2926:3%3C193::AID-NRC7%3E3.0.CO;2-5/abstract. 
• Mehrnaz Jafarian-Tehrani, Esther M. Sternberg Section on Neuroendocrine Immunology and BehaÍior, CNE-NIMHrNIH, Bldg. 10-Rm. 2D-46, 10 Center Dr., MSC 1284, Bethesda, MD, 20892, USA (1999). «Animal models of neuroimmune interactions in inflammatory diseases». Journal of Neuroimmunology 100: 13-20. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165572899002076. 
• Allan J. Bieber, PhD, Daren R. Ure, PhD, and Moses Rodriguez, MD Department Neurology, Mayo Foundation and College of Medicine, Rochester, Minnesota, USA. bieber.allan@mayo.edo (2005). «Genetically Dominant Spinal Cord Repair in a Murine Model of Chronic Progressive Multiple Sclerosis». J Neuropathol Exp Neurol,Copyright ₢ 2005 by the American Association of Neuropathologists, Inc. 64 (1): 46-57. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15715084. 
• Bert A 't Hart^{a c}, Jon D Laman^c, Jan Bauer^f, Erwin Blezer^d, Yvette van Kooyk^e, Rogier Q Hintzen^{b c} - ^aDepartment of Immunobiology, Biomedical Primate Research Centre, Rijswijk, ^bDepartment of Neurology, Erasmus Medical Centre, Rotterdam, ^cErasMS Medical Centre, Rotterdam, ^dImaging Science Institute, University Medical Centre, Utrecht, ^eDepartment of Cell Biology and Immunology, Free University Medical Centre, Amsterdam, Netherlands, ^fDivision of Neuroimmunology, Brain Research Institute, Medical University Vienna, Austria (2004). «Modelling of multiple sclerosis: lessons learned in a non-human primate». The Lancet Neurology 3 (10): 588-595. doi:10.1016/S1474-4422(04)00879-8. http://www.thelancet.com/journals/laneur/article/PIIS1474-4422%2804%2900879-8/abstract. 
• Barbara Kornek^*, Maria K. Storch^*†, Robert Weissert^‡, Erik Wallstroem^‡, Andreas Stefferl^*§, Tomas Olsson^‡, Christopher Linington^§, Manfred Schmidbauer^¶ and Hans Lassmann^* - ^*From the Division of Neuroimmunology, ^†Brain Research Institute, University of Vienna, Vienna, Austria; the Department of Neurology, ^‡Karl-Franzens-University, Graz, Austria; the Neuroimmunology Unit, ^§Center of Molecular Medicine, Karolinska Hospital, Stockholm, Sweden; the Department of Neuroimmunology, ^¶Max Planck Institute of Neurobiology, Martinsried, Germany; and the Department of Neurology, Hospital Lainz, Vienna, Austria (2000). «Multiple Sclerosis and Chronic Autoimmune Encephalomyelitis :A Comparative Quantitative Study of Axonal Injury in Active, Inactive, and Remyelinated Lesions». American Journal of Pathology 157 (1): 267-276. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10880396. 
• Mohamed El Behi^a, Sylvain Dubucquoi^a, Didier Lefranc^a, H´el`ene Z´ephir^b, J´erome De Seze^b, Patrick Vermersch^b, Lionel Prin^a - ^aLaboratoire d’immunologie EA2686, Facult´e de M´edecine, 1, Place de Verdun, 59045 Lille Cedex, France, ^bService de Neurologie D, CHRU de Lille, Hˆopital Roger Salengro, 59037 Lille Cedex, France (2005). «New insights into cell responses involved in experimental autoimmune encephalomyelitis and multiple sclerosis». Immunology Letters 96: 11-26. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15585303.