Dyremodeller for psykiatriske sygdomme (2013)

Af Gregers Wegener, Professor, ph.d, dr.med. Translational Neuropsychiatry Unity (TNU), Institut for Klinisk Medicin, Aarhus Universitet

Stressrelaterede psykiatriske lidelser som eksempelvis angst og depression påvirker hver dag mere end 300 millioner mennesker verden over. Årsagerne til sygdommene kendes i reglen ikke, selv om der er mange gode hypoteser. Uden forståelse for sygdommenes årsager, er det svært at behandle sygdommene præcist. Dette kan betyde unøjagtige diagnoser og anvendelse af ældre, ineffektive stoffer med mange bivirkninger. Hovedparten af de stoffer, vi anvender i dag, har først effekt efter mange ugers behandling, og en betydelig del af patienterne oplever, at stofferne ikke har den ønskede effekt.

Dette nødvendiggør forskning i hurtigtvirkende og mere effektive behandlingsmetoder. I denne henseende er betydningen af viden opnået ved anvendelsen af forsøgsdyr overordentlig vigtig, og denne artikel belyser, hvorledes dyreforsøg indgår i klarlægningen af de psykiatriske sygdommes natur, samt hvorledes de kan bidrage til at udvikle nye behandlingsstrategier.

Anvendelse af dyremodeller

Undersøgelser af patienter kan give værdifuld information om hjernens strukturelle forandringer - og til en vis grad funktioner. At studere selve sygdomsmekanismen er dog oftest ikke muligt, dels på grund af etiske forhold, dels grundet praktiske besværligheder. Derfor må man anvende forskellige modelsystemer til testning af sygdomshypoteserne. De mest primitive modeller, hvor der anvendes celler i isolation, kan ofte give værdifuld information om basale forhold, men er ikke i stand til besvare de mere komplekse spørgsmål, der formodes at ligge til grund for de psykiske sygdomme.

Dyremodeller er derfor helt nødvendige redskaber inden for psykiatrisk forskning, da man her kan undersøge hele den levende organisme - og især samspillet med omgivelserne.

Blandt de fleste mennesker er det en antagelse, at dyr ikke kan være psykisk syge. Antagelsen er dog behæftet med en række fordomme om, hvorledes dyr opfører sig. Eksempelvis er ingen i tvivl om, at et kæledyr kan være fysisk syg. Imidlertid er der ikke videnskabelige holdepunkter for, at dyr ikke kan lide af psykiske sygdomme eller følelsesmæssige forstyrrelser. Vil adfærd, der er symptomatisk for menneskelige psykiske lidelser ikke kunne betegnes som udtryk for psykisk sygdom, hvis man observerer det i dyr?

Der kan dog stilles spørgsmålstegn ved, hvorvidt dyr kan have lidelser som depression og angst i den forstand som mennesker forstår det. Et væsentligt problem i denne sammenhæng er vanskeligheden ved at foretage en reel klinisk psykiatrisk vurdering af dyret. Omvendt er det i dyreforsøg betydelig mere enkelt at belyse, hvilke neurale mekanismer, der indgår - end tilfældet er ved humane studier, idet studieobjektet er tilgængeligt for fysisk/kemisk/genetisk/epigenetisk manipulation.

Typer af dyremodeller

Dyremodeller kan inddeles i tre hovedtyper: Screeningmodeller, sygdomsmodeller og transgene modeller. Screeningsmodellerne er strengt taget ikke egentlige modeller, men bliver alligevel benyttet som sådanne i flere videnskabelige sammenhænge. Screenings-modellerne vil i det følgende blive benævnt screeningsmetoder.

  • Screeningsmetoder er således ofte de samme metoder, der anvendes til at bedømme dyrene klinisk1,2,3. Metoderne anvendes hyppigt til hurtigt at finde ny medicin på en enkel og billig måde - eller til at afsløre bivirkninger. Ulemperne ved disse metoder er, at de sædvanligvis er baseret på virkningsprincipper for allerede kendt medicin, hvorfor man kun kan forvente at finde ny medicin med samme virkning. Dette medfører problemer med at udvikle stoffer med andre virkningsmekanismer.
  • Sygdomsmodellerne skal efterligne psykiatriske sygdomme. Modellerne ligger tæt op ad de fremherskende teorier om sygdommenes neurobiologi, som man tilstræber at efterligne. Eksempelvis er hypotesen om, at stress har betydning for udviklingen af psykiatrisk sygdom været anvendt som grundlag i flere modeller4 ligesom visse modeller er genetisk forædlet5. Da sygdomsmodellerne er mere realistiske end ved anvendelse af screeningsmetoderne alene, er det mere sandsynligt at finde nye behandlings-principper og opdage nye mulige sygdom-smekanismer. Det er desværre ikke en simpel proces, da det ofte er vanskeligt at udtænke modeller, der på den ene side er simple, hurtige og billige - og på den anden side bidrager med ny biologisk viden. Det er dog lykkedes at frembringe nogle gode modeller på depressionsområdet, der både tager udgangspunkt i dyrets genetiske ophav, samt miljømæssige påvirkninger.
  • De transgene modeller benyttes til at studere den funktionelle betydning af et eller flere specifikke gener og kan på den måde give meget præcis information.
    Ulemperne ved disse metoder er, at informationerne opnås på basis af en enkelt genetisk ændring, genereret ud fra viden der typisk er indsamlet i genetiske associations-studier. På den måde studeres funktionen af en ændring, der kan være – men ikke nødvendigvis er – relevant i sygdomssammenhæng6.

Kombineres screeningsmetoderne og sygdoms/transgene modeller får man gode redskaber til at studere den psykiske tilstand på et dyr, der formodes at være syg.2,7,8,9 Herved kan man blandt andet vurdere, om et dyr har depression eller angst. Herudover kan de transgene modeller og sygdomsmodellerne også kombineres med en række andre analytiske metoder, der kan give vigtig information. Det kan være PET-scanninger af hjernen, bestemmelse af hjernens aktivitet med elektroencephalografi (EEG), bestemmelse af hjernens kemiske aktivitet ved anvendelse af elektrofysiologiske metoder eller mikroopsamlings teknikker.

Validiteten af dyremodeller

På trods af at man ikke kan kommunikere med forsøgsdyr, er det imidlertid oftest muligt alligevel at danne sig et billede af, hvordan dyret har det, inklusive status for angst, depression og hukommelsesfunktion med kendskab til dyrets normale adfærd. Inden for psykiatrisk forskning findes dyre-modeller for næsten alle psykiatriske tilstande, men det er dog langtfra alle disse modeller, der er gode, idet de skal opfylde mange krav til validitet, før at de kan anvendes. Selv de, der opfylder disse krav, har dog mange begrænsninger.

Inden for de enkelte typer af modeller foregår der derfor løbende en betydelig videnskabelig udvikling, som sigter på at øge den videnskabelige validitet af modellerne. Denne udvikling er interessant i 3R sammenhænge, idet øget videnskabelig validitet medfører et lavere forbrug af forsøgsdyr (reduction).

Som det fremgår af ovennævnte, er det ikke altid helt klart, hvilken information vi får fra dyre-modellerne, idet de psykiatriske sygdommes natur ikke er kendt. Modellerne der anvendes, er derfor ofte baseret på foreliggende viden, hvorfor de ikke nødvendigvis er anvendelige, hvis de humane årsagsforhold skulle vise sig at have væsentlige andre, ukendte faktorer. Eksempelvis kan nævnes studier, hvor dyrenes sygdoms-lignende adfærd var betinget af injektion af bestemte stoffer, der gav dyrene en skizofreni-lignende adfærd. Da modellen som sådan kun beskriver effekten af de pågældende stoffer, har den ikke nødvendigvis noget med egentlig skizofreni at gøre.

Tilsvarende, hvis det i fremtidige undersøgelser skulle vise sig at stress slet ikke er forbundet med depression, vil konsekvensen være, at alle undersøgelser der anvender stress i studierne af depression (og det er mange) baserer forsøgs-aktiviteterne på et forkert grundlag. Det er derfor af yderste vigtighed, at der konstant foregår en evaluering og justering af modellerne, for at sikre validiteten for den antagelse, der gøres i forbindelse med brug af dyremodeller.

Den optimale dyremodel bør således 1) efterligne de menneskelige psykiske symptomer 2) have samme årsag og sygdomsmekanisme som i mennesker og 3) udvise samme ændringer ved dosering med medicin, som de menneskelige sygdomme gør. Det kan desværre være vanskeligt at validere en model ordentligt, idet årsagen til de symptomer, der observeres hos mennesker, ikke nødvendigvis behøver at have samme årsag hos forsøgsdyret. Alligevel bestræber man sig på at få den forsøgsdyrs-mæssige ’tilstand’ til at ligne den humane sygdom - for depression eksempelvis parametre som søvnforstyrrelser, vægttab, ændret generel interesse i omgivelserne, ændret seksuel aktivitet samt ændret interesse i belønning.

Har dyremodellen herudover god respons på almindelig anvendt medicin og endvidere de samme neurokemiske ændringer, som antages at være væsentlige hos mennesker, taler man om, at modellen opfylder alle validitetskrav. Der eksisterer i Danmark i dag flere modeller som opfylder alle disse krav, eksempelvis selektivt fremavlede rotter med depressionslignende adfærd: Flinders Sensitive Line Rats (FSL)5 og Wistar Kyoto Rats15. Der findes endvidere miljømæssige modeller, hvor stress indgår som en udløsende faktor, eksempelvis kronisk mild stress (langvarigt stress i voksenlivet)12, postnatal stress (stress kort tid efter fødsel)13 og prænatal stress (stress i fostertilstanden)14.

Dyreforsøg i fremtiden

Modeller med ændringer i dyrets arveanlæg får stigende betydning. Ved at ændre et enkelt gen kan de adfærdsmæssige konsekvenser af genet studeres (oftest som fravær af en bestemt, normal adfærd). Desværre er menneskelige psykiatriske lidelser med stor sandsynlighed ikke forårsaget af defekt i et enkelt gen, heller ikke de sygdomme, hvor der ikke er tvivl om, at sygdommene har genetisk ophav. Derfor vil dyr, der har ændringer i et eller få gener næppe kunne bruger som model for alle sygdommenes aspekter. Derimod vil sådanne dyr kunne bidrage til forståelsen af enkelte geners funktion i psykiatriske sygdomme.
Der er med anvendelse af klassisk forædlingsavl opstået en række mere realistiske genetiske modeller, der ikke kun baserer sig på at fjerne eller tilføre ét gen.

Disse modeller respekterer derfor kravene om mange forskellige årsager til sygdommene, men de er dog fortsat underlagt nogle af de samme svagheder som tidligere nævnt. Fremtidig forskning inden for psykiatrien med anvendelse af dyremodeller vil sandsynligvis i højere grad basere sig på disse modeller – og som noget nyt også inddrage in silico analyser (computer-simuleringsmodeller). I betragtning af de psykiatriske sygdommes komplekse årsager er det ikke sandsynligt, at anvendelsen af dyr kan undværes i den grundforskningsmæssige del af psykiatrien.

Konklusion

Som det fremgår af denne oversigt er forsøg med dyr kompleks, især inden for det psykiatriske fagområde. Der kan desuden med rette stilles spørgsmål til validiteten af konklusionerne fra disse forsøg. Imidlertid har dyreforsøgsaktiviteter bidraget afgørende til nogle af de biologiske gennembrud vi har set, og fremtidig kombinationer af komplekse dyreforsøgsaktiviteter med softwaresimuleringsteknikker vil utvivlsomt bringe os videre.

  1. Hogg S. A review of the validity and variability of the elevated plus-maze as an animal model of anxiety. Pharmacol Biochem Behav 1996;54(1):21-30.
  2. Morris R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J Neurosci Methods 1984;11(1):47-60.
  3. Porsolt RD, Anton G, Blavet N, Jalfre M. Behavioural despair in rats: a new model sensitive to antidepressant treatments. European Journal of Pharmacology 1978;47(4):379-391.
  4. Willner P, Muscat R, Papp M. Chronic mild stress-induced anhedonia: a realistic animal model of depression. Neurosci Biobehav Rev 1992;16(4): 525-534.
  5. Overstreet DH, Friedman E, Mathe AA, Yadid G. The flinders sensitive line rat: a selectively bred putative animal model of depression. Neurosc Biobehav Rev 2005;29(4-5):739-759.
  6. Gurwitz D, Weizman A. Animal models and human genome diversity: the pitfalls of inbred mice. Drug Discov Today 2001;6(15):766-768.
  7. Harro J, Oreland L. Depression as a spreading adjustment disorder of monoaminergic neurons: a case for primary implication of the locus coeruleus. Brain Res Rev 2001;38(1-2):79-128.
  8. Meaney MJ. Maternal care, gene expression, and the transmission of individual differences in stress reactivity across generations. Annu Rev Neurosci 2001;24:1161-1192.
  9. Meaney MJ, Szyf M. Maternal care as a model for experience-dependent chromatin plasticity? Trends Neurosci 2005;28(9):456-463.
  10. Cryan JF, Markou A, Lucki I. Assessing antidepressant activity in rodents: recent developments and future needs. Trends Pharmacol Sci 2002;23(5): 238-245.
  11. Porsolt RD. Animal model of depression. Biomedicine 1979;30(3):139-140.
  12. Willner P. Chronic mild stress (CMS) revisited: consistency and behavioural-neurobiological concordance in the effects of CMS. Neuropsychobiology 2005;52(2):90-110.
  13. Mathe AA, Husum H, El Khoury A, Jimenez-Vasquez P, Gruber SH, Wortwein G, Nikisch G, Baumann P, Agren H, Andersson W, Sodergren A, Angelucci F. Search for biological correlates of depression and mechanisms of action of anti- depressant treatment modalities. Do neuro-peptides play a role? Physiol Behav 2007;92(1-2):226-231.
  14. Morley-Fletcher S, Darnaudery M, Koehl M, Casolini P, Van Reeth O, Maccari S. Prenatal stress in rats predicts immobility behavior in the forced swim test. Effects of a chronic treatment with tianeptine. Brain Research 2003;989(2):246-251.
  15. Pare WP. Stress ulcer susceptibility and depression in wistar Kyoto (WKY) rats. Physiol Behav 1989;46(6):993-998.
  16. Kuteeva E, Hökfelt T, Wardi T, Ögren S. Galanin, Galanin Receptor Subtypes and Depression-Like Behaviour. In: Hökfelt T, editor. Galanin. Experientia Supplementum. 102: Springer Basel; 2010. p. 163-81.
  17. Litvin Y, Pfaff D. Hormone Effects on Behavior. In: Pfaff D, editor. Neuroscience in the 21st Century: Springer New York; 2013. p. 1683-713.
  18. Dam D, Dijck A, Deyn P. Behavioral Validation in Animal Models of Dementia. In: De Deyn PP, Van Dam D, editors. Animal Models of Dementia. Neuromethods. 48: Humana Press; 2011. p. 143-54.

Søg på 3rcenter.dk