Мышематика занятия: идеи и игры для детей и их родителей

Содержание

Lalaland

3-4 года 5-7 лет

Мышематика — это методика игровой математики для дошкольников и младших школьников. Ее придумала Женя Кац, игровой педагог, автор задач для математических олимпиад и математических тетрадей. Почему игровая? Потому что игра для маленьких детей — это самое интересное и самое главное! Потому что через игру дети лучше всего все понимают и усваивают.

Дети не просто бегают, ползают и прыгают — они при этом выполняют математические упражнения. Например, считают шаги или замирают на определенный счет. У нас много математических игр, связанных с движением. Только сидеть с тетрадками и листочками над заданиями тяжело детям, да и неполезно. Обычно мы проводим разминку или подвижную игру в середине занятия.

Хорошо считать — не главное. Математика — это не только цифры и не только арифметические действия. Это понятие числа и количества. Это пространственные представления — и начала геометрии, и координация движений. Это работа со схемами и проекциями. Это умение находить ошибки и исправлять их. Это задачи с несколькими решениями. Это еще много что красивого и интересного.

С 6-7-летками мы много играем в игры на концентрацию внимания, на умение слушать и слышать взрослого, выполняем упражнения, в которых надо запомнить и выполнить целую цепочку заданий. Эти навыки очень помогают детям легче адаптироваться к обучению в школе. Также у нас есть задания, которые готовят руку и глаз ребенка к прописям.

122. Обучение вприпрыжку (Мышематика) — Сова-Нянька.рф

 Друзья! Недавно у Совы состоялось удивительное знакомство.

Мы повстречали невероятно талантливого и внимательного педагога, который искренне стремится помочь родителям изменить жизнь их детей к лучшему. Жене Кац удалось гармонично, с учётом основных детских потребностей в движении и игре выстроить целый обучающий процесс, который, по нашему скромному мнению, может стать замечательной альтернативой классическому академическому обучению для дошкольников и школьников младших классов.

Сова попросила Женю написать нам небольшую статью для публикации и рассказать об основах своей работы.

Итак, встречаем! Женя Кац – автор методики «Мышематика», игровой педагог с опытом преподавания более 20 лет, ведущий семинаров для педагогов и родителей.

«Обучение вприпрыжку, или как учить этих непоседливых детей?»

Идея создания «Мышематики» возникла в тот момент, когда я столкнулась с классическими «подготовками к школе», где, по сути, устраивают мини-школу для детей 5-6 лет, усаживая детей за парту на 2-3 часа. Ведущая деятельность ребёнка-дошкольника – игра, как писал Л. С. Выготский. И если обучающие задания включить в игру, то эффективность обучения будет намного выше.
Обучение за партами подходит для тихих спокойных детей, но неэффективно в случае с детьми с СДВГ, у которых зачастую высокий интеллект. Таким детям нужно обучение в движении, а не за партами.
Мы вдохновлялись работами игровых педагогов Букатова, Ершовой, Ганькиной и придумывали свои игры по аналогии.

Программа «Мышематика» – по сути, игровая подготовка к школе. Эта программа учит детей работать в группе и самостоятельно, выполнять своё задание без оглядки на то, чем заняты другие. Наша программа подходит и для детей с СДВГ, и для нормативных непоседливых детей, которым сложно усидеть час за партой. Мы учим детей саморегуляции, но не за столом, а во время подвижных игр и заданий. Арифметические навыки мы развиваем, пропуская информацию через всё тело – активно используем счёт на пальцах, счёт шагов и прыжков. Геометрические задания мы даём с самыми разными конструкторами, кубиками, мозаикой, а ещё часто предлагаем задания типа «сделай как хочешь в заданных рамках». В такой ситуации дети сами влияют на выбор заданий: кто-то придумывает и рисует сложное задание, а кто-то простое.

В результате, наши ученики любят учиться и охотно берутся за незнакомые задачи. Многие из наших учеников в школе увлекаются олимпиадными задачками и активно их решают. А ещё в процессе работы был создан сборник игр и заданий для специалистов, которые работают с группами дошкольников и младших школьников – «Математика вприпрыжку». Книга полезна воспитателям, учителям начальной школы, репетиторам и родителям, которые ищут интересные игры и задания для своих детей. В книге собран опыт проведения игровых занятий по математике и отобраны самые удачные игры из курса «Мышематика – игровая математика».

Всегда надо помнить, что детям-дошкольникам часто бывает скучно долго сидеть за столом. Более того, многие дети намного лучше думают, когда у них есть возможность двигаться. И наоборот, если мы пытаемся надолго усадить детей 5-6 лет за парту, они тратят уйму энергии на то, чтобы просто удержать себя за столом, и начинают постоянно отвлекаться. Как же быть?
Мы предлагаем многие задания совмещать с движением.

Вот примеры игр из курса «Мышематика»:

«Звери в домиках»
Предположим, у нас есть группа из 10-12 дошкольников, и мы хотим проверить, хорошо ли они умеют соотносить количество предметов и цифры от 1 до 8. Можно усадить всех за стол и дать каждому листочек с заданием. Кто-то сделает быстро, кто-то спишет у соседа, кто-то будет занят своими делами. А можно предложить детям игру: на полу раскладываем тарелки с числами от 1 до 8, это домики. А потом каждому из детей даём по одной карточке из игры «турбосчёт». Если нарисовано на карточке 7 ёжиков – неси их к домику с цифрой «7», а если нарисовано 3 птички – ищи домик с цифрой «3». Отнёс – беги за следующей карточкой!
Что мы имеем в итоге: каждый из детей занят, у каждого своё задание, и каждый считает сам, не «списывая» у соседа. Каждый может работать в своём темпе, и все заняты делом.
А теперь, когда все карточки отнесены по домикам, можем предложить новое задание: «принеси мне 2 карточки, на которых всего 10 зверей» – и дети снова будут пересчитывать, и каждый будет придумывать своё решение этой задачи.

«Точки на спине»
Если мы играем вдвоём с ребёнком, то можно предложить ему сосчитать точки … на спине! Детям очень сложно бывает пересчитывать то, что они не видят. Мы нажимаем ребёнку пальцем на спину не слишком сильно – и просим посчитать и показать ответ на пальцах.
На занятиях «Мышематика» мы часто считаем шаги, прыжки и счёт на пальцах, потому что маленьким детям важно не только выучить названия числительных и запомнить скороговорку «одиндватричетырепять…», им надо пропустить все эти знания через своё тело. Раньше дети много играли в подобные дворовые игры («машина ехала, стоп», «штандер – стоп» и др), но сейчас мало кто из детей знает правила подобных игр.

«Кубик выбирает движения»
Иногда мы используем на занятиях игральный кубик. Дети выбирают движение, а потом бросают кубик. Выбрали топать, и на кубике выпало 3 – значит, надо 3 раза топнуть. Выбрали прыгать, выпало 5 – надо 5 раз подпрыгнуть.
Если мы хотим предложить детям арифметические задания, и в то же время хотим научить их писать что-то за столом, то мы тоже часто используем игральные кубики. Например, просим бросить кубик – и сколько выпало, столько приклеить красных игрушек на нарисованную ёлочку. А потом бросить кубик второй раз, и столько повесить на ёлочку жёлтых игрушек. Потом написать пример – сколько всего игрушек на ёлочке. Получается, что каждый из детей наряжает свою ёлочку, и у каждого своё задание.
Многим детям очень нравятся тематические уроки, например, в работу и магазин. Каждый из детей выбирает себе посильное небольшое задание (например, собрать из конструктора какую-то фигуру по схеме или продолжить 1 строчку узора по клеточкам), и за выполненное задание получает игрушечные монетки (например, счётные кубики). А потом на эти игровые деньги можно купить в магазине наклейки или картинки – и унести их домой.

Женя Кац – автор методики «Мышематика»

***
А ещё мы пригласили Женю Кац на наш следующий экспертный вебинар, который состоится 26 января в 18:00. На вебинаре мы поговорим о том, какие игры и игровые задания могут помочь детям подготовиться к школе, а также о том, как использовать игровые методы обучения при работе с группой детей. И, конечно, о том, как именно движение и физическое развитие связаны с когнитивной деятельностью, мышлением и готовностью к школе!

 Анонс вебинара опубликуем совсем скоро, а вот регистрация уже началась, вот тут: https://forms.gle/PApL5WjWdmbymEof7

 а тут ищем «Мышематику» Жени Кац: https://mousemath.ru/

До встречи в эфире, 26 января, друзья!

Детский сад «Островок» Мышематика в Островке

Мышематика в Островке

Записаться

Мышематика – игровая математика по методике Жени Кац для детей 4-9 лет.
Методике уже больше 15 лет, а в 2015 она получила ФГОС.
Мы учим математику в игре! Именно тогда знания усваиваются лучше и закрепляются

навсегда.
● Мышематику любят даже непоседы, ведь на занятиях мы не сидим за партами,
а бегаем, прыгаем, ползаем.
● Используем авторские задачи, игры, геометрические головоломки, кубики и
конструкторы — у нас интересно.
● Не только решаем задачи, но и придумываем свои!
● У нас нестандартные педагогические приёмы. Педагог просит прохлопать ответ
в ладоши. Или протопать ногами. Или показать без звука!
● Тело ребёнка задействует все ресурсы мозга и памяти. Незаметно для себя
дети начинают считать, понимают состав числа (а не заучивают его). Играючи
осваивают систему координат, таблицу умножения, азы геометрии и логики.
● На занятиях развиваем пространственное воображение, мелкую и крупную
моторику, речь и логику.
С нами учиться весело и интересно!
И эффективно: детям 4-7 лет важно не заучивать наизусть новый материал, а видеть,
трогать руками, пересчитывать на пальцах. В конце занятия дети часто удивляются:
"Как, уже всё?! Мы хотим ещё так поиграть!"
Особенное внимание мы уделяем развитию таких навыков:
● Действовать по алгоритму и соблюдать условия задачи
● Уважать чужое мнению и аргументированно отстаивать своё
● Работать в парах, в команде
● Думать самостоятельно, не надеясь на подсказку
Узнать больше про занятия можно в соцсетях Мышематики или на сайте
https://mousemath.ru
Размер группы – до 8 человек
Занятия 1 раз в неделю (продолжительность занятия 50 минут)
Стоимость занятий в месяц –
Пробное занятие –
Все необходимые материалы, используемые на занятиях, предоставляются
организаторами.

«Мышематика» от Жени Кац — «Игры и Игрушки» №1-2021

«Мышематика» – это необычная программа, которая обучает детей математике, арифметике, чтению и творчеству, а также является важным этапом подготовки детей к школе. Автор данной методики, Женя Кац, считает, что дети учатся и развиваются благодаря совместной игре. Занятия «Мышематикой» проходят не совсем привычным способом: дети учатся контролировать своё тело, свои действия, работать в команде, находить ошибки и исправлять их. На занятиях ученики используют собственный жизненный опыт: они шагают, топают, прыгают, ползают, рисуют, знакомятся с арифметическими и геометрическими задачами в игровой форме. В свободной и раскрепощённой обстановке, они имеют возможность находить решение или несколько решений задачи, самостоятельно менять её условия. «Мышематика» — это комплексная программа, которая прививает детям интерес к обучению через игру и движения

Математическому мышлению и развитию самоконтроля способствуют групповые игры с активным участием педагога. Программа учит ребёнка не просто вычитать и складывать. Это последовательно выстроенная система обучения детей, где они учатся думать, и с каждым годом поднимаются на новую ступень развития. Цель программы – не просто научить детей считать, а рассказать им о системе координат, логике, схемах, таблицах и других понятиях. На занятиях ребята не просто занимаются подсчётом цифр, они играют в магазин, в настольные игры, онлайн-олимпиады. Автор методики постоянно пополняет обучающий материал, использует различные идеи для того, чтобы замотивировать детей. На уроках используются счёты (абак), счётные материалы Нумикон, десятичные кубики, весы, рабочие тетради, авторские обучающие материалы, конструкторы. Детям предоставляется возможность работать в группах, в парах и самостоятельно. Для более глубокого понимания изучаемого материала, ученики не просто решают задачи, а придумывают их самостоятельно.

Для работы в игровых клубах проходит тщательный отбор педагогов. Прежде, чем приступить к работе, им нужно пройти специализированное годичное обучение, стажировку и сдать экзамен. Педагоги обязаны не просто качественно владеть методикой, а быть общительными, активными, любить и уметь работать с детьми.

Для младших школьников применяются задания, направленные на развитие концентрации внимания. Есть и такие, которые способствуют развитию зрительно-моторной координации, чтобы грамотно подготовить ребёнка к прописям. Всё это помогает детям в адаптации к школе.

На занятиях учитываются все индивидуальные особенности учеников таким образом, чтобы каждый занимался в своём темпе, чтобы не было отстающих или опережающих. Программа заинтересована в интенсивном развитии ребёнка, чтобы каждый занимался в рамках заданных тем и программного материала. Все дети, обучаемые «Мышематике» успешны на занятиях, каждый занят и увлечён. Если ребёнок пропускает урок, он не отстаёт от других, потому что любое занятие построено специальным образом. Новый урок не зависит от предыдущего, он структурирован так, чтобы ученики получали максимум знаний.

Занятия проводятся один раз в неделю для того, чтобы ребёнок успел обдумать и закрепить, «обыграть» дома пройденный материал, усвоить его. Автор методики считает, что если заниматься чаще, можно перегрузить нервную систему малыша и он будет испытывать стресс. Чтобы по-настоящему прочувствовать и осмыслить математику нужно время!

Занятия «Мышематикой» проводятся в небольших группах по 5-7 детей. Педагогам очень важно направлять каждого ребёнка, уделять столько внимания, сколько необходимо, учитывать темперамент и индивидуальный темп работы, в котором малышу комфортно усваивать учебный материал. Все преподаватели настроены на то, чтобы дети чувствовали себя уверенно, поэтому всегда готовы оказать помощь при выполнении заданий, ввести нового ученика в детский коллектив. Если педагог видит, что ребёнку слишком трудно или слишком легко, задание моментально упрощается или усложняется. В каждой группе осваиваются определённые темы, исходя из возрастных возможностей детей усвоить тот или иной учебный материал. В течение учебного года темы проигрываются, повторяются в разных вариациях и задачах таким образом, чтобы ученикам было легко и интересно.

Ребята, которые приходят в первый раз, быстро включаются в деятельность группы, и свободно изучают программу наравне со всеми. Педагоги наблюдают за каждым участником занятий, и составляют индивидуальную траекторию изучения материала для всех детей, с учётом занятия и программы. Таким образом, каждый ребёнок получает индивидуальное, доступное для него задание на общем развивающем материале, будь это кубики или счётные палочки.

«Мышематика» учит не просто считать, складывать, вычитать, она предполагает умение ориентироваться в пространстве, понимать количество и число, систему координат, схему. Сложные, на первый взгляд, задачи дети легко осваивают в процессе игры и учатся применять полученные знания на практике.

Ирина Цыганова,
педагог-психолог высшей кв. категории
ГБОУ Школа № 2044 ДО №4, г. Москва
Фотографии: www.mousemath.ru

Москва, Мосфильмовская, 53. Озывы, описание

Адрес: Москва, Мосфильмовская, 53
Сайт и соцсети: Координаты (ш/д): 55.7048, 37.4975
Телефон: +7 (985) 610-85-11

Описание организации:

Мышематика – это авторская методика Жени Кац для обучения математике, чтению, креативности и творчеству через совместную игру.

На наших занятиях мы помогаем ребёнку сформировать прочные математические представления, увлекая его необычными заданиями, настольными и подвижными играми и головоломками. У нас занятия не за партами, и мы стараемся осваивать математику на ходу, бегу и вприпрыжку. С нами дети видят, что учиться весело и интересно!

Многие дети уверены, что математика — это только цифры, однотипные задачки и примеры. Традиционно на уроках математики занимаются преимущественно арифметикой. А ведь математика намного шире! В математике кроется красота, игра и задачи с несколькими правильными ответами.

Как научить детей понимать математику, если школьные уроки навевают на них тоску, игровой педагог, автор математических игр и пособий Женя Кац показывает (а не рассказывает, как учительница в школе) на своих математических игротеках.

Дети играют в подвижные, словесные и настольные игры, составляют узоры и орнаменты — повторяющиеся или симметричные, складывают из кубиков или строят из конструкторов, рисуют, вяжут узлы, измеряют все подряд всем подряд, разгадывают шифры… То есть получают удовольствие. И при этом осваивают и усваивают базовые математические понятия и навыки: количества и операции с ними, геометрические фигуры и соотношения. 

У нас проходят занятия в разных районах Москвы.

Мышематика в Раменках (ЮЗАО)

Для детей от 4 до 7 лет.

Преподаватель – Аня Рязанова

Адрес проведения курсов: ТЦ Раменки, Детский клуб «Любимчики» по адресу: ул. Раменки, д.5, кор.1, 3 этаж.

Телефон: +7 985 768-77-97

 

Мышематика на Октябрьском поле (СЗАО)

Для детей от 4 до 7 лет.

Преподаватель – Тина Костромина

Адрес проведения курсов: Клуб «Бэби Умник» м. Октябрьское поле, по адресу:  Москва, ул. Ирины Левченко д. 1.

Телефон: +7 962 962-82-50

 

Мышематика на Таганке (ЦАО)

Для детей от 2 до 7 лет.

Преподаватель – Лена Тишина

Адрес проведения курсов: Клуб «Счастливые люди» м. Таганская, по адресу: Воронцовская улица, 24/6, строение 1.

Телефон: +7 916 320-20-47

 

Мышематика у метро Аэропорт (СЗАО)

Для детей от 4 до 6 лет.

Преподаватель – Дина Шур

Адрес проведения курсов: Детская студия “Вместе”, по адресу: проезд Аэропорта д.8. 10 минут пешком от метро Аэропорт.

Телефон: +7916 130-14-22

 

Мышематика на Рублёвке (ЗАО)

Для детей от 4 до 6 лет.

Преподаватель – Ира Денгили

Адрес проведения курсов: «Краски-Клуб» по адресу: Рублёвское шоссе, дом 81, корпус 1. 10 минут пешком от метро Молодёжная или 15 от Кунцевской.

Телефон:  +7 903 001-72-91

 

Мышематика на Речном вокзале (СЗАО)

Для детей от 4 до 7 лет.

Преподаватель – Дина Шур

Адрес проведения курсов: На площадке детского сада №29, по адресу: ул Лавочкина д 50 к 2 (м. Речной вокзал).

Телефон: +7 495 455-31-80

 

Мышематика у м. Парк Культуры (ЮЗАО)

Для детей от 5 до 7 лет.

Преподаватель – Катя Миронова

Адрес проведения курсов: Клуб «Читайка» по адресу: 2-й Неопалимовский пер., 7/1. Клуб находится в 10 минутах пешком от метро Парк Культуры или м. Смоленская.

 Телефон: +7 495 744‑77-50, +7 910 455‑63-07

Мышематика на Шоссе Энтузиастов (ВАО)

Для детей от 5 до 9 лет.

Преподаватель – Аня Подгайц

Адрес проведения курсов: Семейный центр «Райдо» по адресу: проспект Буденного д.26 корп.2. Клуб находится в 10 минутах транспортом от метро Шоссе Энтузиастов или м.Семеновская.

Телефон: +7 926 501-00-06

 

Мышематика на Шипиловской (ЮВАО)

Для детей от 5 до 9 лет.

Преподаватель – Лида Черкасова

Адрес проведения курсов: Творческая студия «Мастерская» по адресу: Шипиловская, 58 корп. 1. Клуб находится в 100 метрах от метро Шипиловская.

Телефон: +7 965 121-99-76

 

Мышематика на Щукинской (СЗАО)

Для детей от 4 до 7 лет.

Преподаватель – Тина Костромина

Адрес проведения курсов: Клуб интеллектуально-культурного сопровождения ребенка «А-класс» по адресу: ул. Академика Бочвара д.2 корп.2. Клуб находится в 100 метрах от метро Щукинская.

Телефон: +7 909 962-10-62

 

Мышематика на Юго-западе (ЮЗАО)

Для детей от 4 до 9 лет.

Преподаватели – Женя Кац, Лена Тишина, Саша Пятенко.

Адрес проведения курсов: Семейный клуб «Солнышково», по адресу: ул. Островитянова, д. 6.

 

Телефон: +7(499)394-20-54; +7(985)257-15-61 

 

Мышематика относится к рубрикам: детские учебные центры. Вы можете узнать всю интересующую вас информацию, позвонив по телефону +7 (985) 610-85-11. далее >>>В данный момент заведение не имеет рейтинга. Вы тоже можете принять участие в формировании рейтинга заведений города, поставив положительную или отрицательную оценку. Кроме этого, вы можете написать отзыв на Мышематика — наши посетители оценят ваше качественное и объективное мнение. скрыть <<<

Мышематика официальный сайт, адрес, телефоны

Мышематика – это авторская методика Жени Кац для обучения математике, чтению, креативности и творчеству через совместную игру.

На наших занятиях мы помогаем ребёнку сформировать прочные математические представления, увлекая его необычными заданиями, настольными и подвижными играми и головоломками. У нас занятия не за партами, и мы стараемся осваивать математику на ходу, бегу и вприпрыжку. С нами дети видят, что учиться весело и интересно!

Многие дети уверены, что математика — это только цифры, однотипные задачки и примеры. Традиционно на уроках математики занимаются преимущественно арифметикой. А ведь математика намного шире! В математике кроется красота, игра и задачи с несколькими правильными ответами.

Дети играют в подвижные, словесные и настольные игры, составляют узоры и орнаменты — повторяющиеся или симметричные, складывают из кубиков или строят из конструкторов, рисуют, вяжут узлы, измеряют все подряд всем подряд, разгадывают шифры… То есть получают удовольствие. И при этом осваивают и усваивают базовые математические понятия и навыки: количества и операции с ними, геометрические фигуры и соотношения форм и объемов, условность числа, связь числа и цифры и разницу между ними…

Занятия проходят на 18 площадках Москвы и постоянно открываются новые. Для посещения можно выбрать наиболее удобную:

1. Семейный клуб «Солнышково», по адресу: ул. Островитянова, д. 6. Телефон клуба: +7(963)782-08-55; +7(985)257-15-61. 

2. На площадке «МосАрт», по адресу: Свободный проспект, 19. Телефон клуба: +7 (915) 085-40-20. 

3. На площадке клуба «Центра активного движения» по адресу: Зелёный проспект, 3А. Телефон клуба: +7(916)86-555-85

4. На площадке клуба Центра Дополнительного образования (ЦДО) по адресу: ул. Новаторов, 34к2. Телефон клуба: +7(495) 936-31-04

5. На площадке детского клуба «Любимчики» по адресу: ул. Раменки, д.5, кор.1, 3 этаж (ТЦ Раменки). Телефон клуба: +7 (985) 768-77-97

6. На площадке клуба детской студии “Вместе”, по адресу: проезд Аэропорта д.8. 10 минут пешком от метро Аэропорт. Телефон клуба: +7 (916) 130-14-22

7. На Речном вокзале. м. Ховрино / м. Речной Вокзал, Зеленоградская ул. д. 35, к. 1. Телефон клуба: +7(977) 485-25-79

8. На площадке Центра Педагогического Мастерства по адресу Хамовнический вал, д.6. Телефон клубу: +7(499) 242-27-82

9. На площадке клуба «Читайка» м. Парк Культуры, по адресу: 2-й Неопалимовский пер., 7. Телефоны клуба: +7 (495) 744‑77-50, +7(910) 455-63-07

10. На площадке Детского центра Интеллектуального развития «Happy Mind» по адресу: Проспект Мира, д. 102, строение 34. Телефон: +7(977) 983-09-14

11. На площадке Центра досуга и спорта “Донской” по адресу: 1-й Рощинский проезд, д. 4, корп. 1. Телефон клуба: +7(916) 855-44-05

12. На площадке детского центра развития «Гвини» по адресу: Можайское шоссе д.5. 
Телефоны клуба: +7(495)443-16-34, +7(926)898-68-67

13. На площадке клуба интеллектуально-культурного сопровождения ребенка «А-класс» м. Щукинская, по адресу: ул. Академика Бочвара д.2 корп.2. Телефон клуба: +7(909) 962-10-62

14. На площадке клуба «Дом Волшебников» по адресу: Староватутинский проезд, 17 (м. Бабушкинская). Телефон клуба: +7(495) 642-40-51

15. На площадке Английского детского сада «Билингвята» по адресу: Бескудниковский проезд, 4к2. Телефон: +7(495) 117‑26-39

16. На площадке творческой студии «Мастерская» м. Шипиловская, по адресу ул. Шипиловская д. 58, корп. 1. Телефон клуба: +7(965) 121-99-76

17. На площадке Детской библиотеки №103 по адресу: ул. Ткацкая 28/14 (м. Семёновская). Телефон клуба: +7(985) 970-47-39

18. На площадке чудо-школы «Умница» по адресу: улица Верхняя Первомайская д.59/35 к.2 (Измайлово). Телефон клуба: +7(495) 748-61-26

19. На площадке чудо-школы «Умница» по адресу: ул. Сиреневый бульвар д. 62 к.1. Телефон клуба: +7(499) 394-55-43

20. На площадке чудо-школы «Умница» по адресу: ул. Первомайская, 42к.1. Телефон: +7(495) 975-74-22

21. На площадке Детского образовательного центра Талантия по адресу: ул. Кировоградская, 5 (м. Южная). Телефон: +7(495) 517-10-12

22. На площадке “Азъ Арт” в ЦКиД «Эврика-Бутово» по адресу: ул. Старобитцевская д.23 корп.3. Телефон: +7(926) 765-46-58

23. На площадке семейного центра «Капельки» по адресу: ул. Южнобутовская, 36 (Южное Бутово)
Телефон клуба: +7(926) 784-65-93
Группы для детей 4-7 лет. 

24. На площадке клуба «Маяк» по адресу: ул. Остафьевская, 43/16 (КП Потапово)
Телефон клуба: +7(999) 890-20-21
Группы для детей 4-7 лет. 

25. На площадке Детского центра Интеллектуального развития «Happy Mind» по адресу: Переделкино Ближнее, ул. Самуила Маршака, д. 20 (вход со двора). Телефон: +7(977) 983-09-14

26. Город Санкт-Петербург по адресу: улица Ушинского, 4к1. Телефон клуба: +7(921) 876-26-73

Мышематика в Хамовниках, ООО Москва

На наших занятиях мы помогаем ребёнку сформировать прочные математические представления, увлекая его необычными заданиями, настольными и подвижными играми и головоломками. У нас занятия не за партами, и мы стараемся осваивать математику на ходу, бегу и вприпрыжку. С нами дети видят, что учиться весело и интересно!
Многие дети уверены, что математика — это только цифры, однотипные задачки и примеры. Традиционно на уроках математики занимаются преимущественно арифметикой. А ведь математика намного шире! В математике кроется красота, игра и задачи с несколькими правильными ответами. 
Дети играют в подвижные, словесные и настольные игры, составляют узоры и орнаменты — повторяющиеся или симметричные, складывают из кубиков или строят из конструкторов, рисуют, вяжут узлы, измеряют все подряд всем подряд, разгадывают шифры… То есть получают удовольствие. И при этом осваивают и усваивают базовые математические понятия и навыки: количества и операции с ними, геометрические фигуры и соотношения форм и объемов, условность числа, связь числа и цифры и разницу между ними.

Занятия проводятся в 25 клубах Москвы и области и постоянно открываются новые. Для посещения можно выбрать наиболее удобную:

1. Семейный клуб «Солнышково», по адресу: ул. Островитянова, д. 6. Телефон клуба: +7(963)782-08-55; +7(985)257-15-61.
2. Детский клуб Жени Кац в Раменках «Многогранник», по адресу: ул. Мосфильмовская, 53. Телефон клуба: +7 (966) 123-80-16
3. Перово, по адресу 1-ая Владимирская, 33к1. Телефон: +7 (903) 241-06-05
4. Новогиреево, по адресу Свободный проспект, 19. Телефон: +7 (915)085-40-20
5. Аэропорт, по адресу: проезд Аэропорта, дом 8 стр.5. Телефон: +7 (916)130-14-22
6. Речной вокзал, по адресу ул. Лавочкина, д 34. Телефон: +7 (977) 485-25-79
7. Парк Культуры, по адресу 2-й Неопалимовский пер., 7. Телефон: +7 (910) 455-63-07
8. Хамовники, по адресу Хамовнический вал, д.6
9. Щукинская, по адресу ул. Академика Бочвара д.2 корп.2. Телефон: +7 (909) 962-10-62
10. Калужская, по адресу ул. Новаторов, 34к2
11. Первомайская, по адресу Первомайская ул., 42, к.1. Телефон: +7 (499) 394-55-43
12. Первомайская, по адресу Сиреневый бульвар, д. 62. к.1. Телефон: +7 (965) 404-79-00
13. Семеновская, по адресу Большая Черкизовская 22 кор.7. Телефон: +7 (916) 613-14-60
14. Бабушкинская, по адресу Староватутинский проезд 17. Телефон: +7 (495) 642-40-51
15. Ясенево, по адресу Литовский бульвар, 19. Телефон: +7 (495) 427-83-31
16. Баррикадная, по адресу ул. Большая Никитская, 47 стр. 2. Телефон: +7 (495) 787-45-60
17. Фили, по адресу Береговой пр-д., 5, ТЦ Фили- Град. Телефон: +7 (495) 231-82-82
18. Молодежная, по адресу Рублёвское шоссе, д. 20 корп. 3. Телефон: +7 (977) 630-76-61
19. ЦСКА, по адресу Ходынский бульвар д.13. Телефон +7 (977) 583 72 33
20. Ленинский проспект, по адресу Ленинский проспект 38А. Телефон: +7 (965) 271-19-16
21. Академическая ул. Дмитрия Ульянова, 4к2, стр. 2. Телефон: +7(903) 136-11-89
22. Профсоюзная, по адресу ул. Вавилова, 81к1, 2-й этаж. Телефон: +7 (977) 100-01-91
23. Автозаводская, по адресу ул. Ленинская Слобода, 26, стр. 2. Телефон: +7 (926) 580-14-20
24. Новослободская, по адресу ул. Новослободская, д. 58/12, стр. 9. Телефон: +7 (903) 244-64-15
25. Г. Московский, по адресу 3-й микрорайон (ЖК «Юго-Западный»), дом 11, 2-й этаж. Телефон: +7 (903) 244-64-15

Зачем использовать мышь в исследованиях? | Факты

Люди и мыши имеют много общих генетических особенностей, и, изучая физиологию, анатомию и метаболизм мыши, ученые могут получить ценную информацию о том, как функционирует человек.

Ключевые факты

  • За последнее столетие домовая мышь ( Mus musculus ) стала предпочтительной моделью млекопитающих для генетических исследований.
  • На заре биомедицинских исследований ученые разрабатывали модели мышей путем отбора и размножения конкретных мышей для получения потомства с определенными желаемыми характеристиками.
  • Теперь ученые используют мышей для имитации генетических заболеваний человека, чтобы изучить их развитие и протестировать новые методы лечения.
  • В качестве научного инструмента мыши помогли ускорить ход исследований и позволили разработать новые важные лекарства.
  • Последовательность генома мыши была опубликована в декабре 2002 г.
  • Ее геном имеет длину приблизительно 3 500 миллионов пар оснований и содержит более 23 000 генов, кодирующих белки (Ensembl).

Взрослая черная мышь.

Изображение предоставлено: Wellcome Library, London

Преимущества мыши

  • Мышь во многом похожа на человека с точки зрения анатомии, физиологии и генетики.
  • Геном мыши очень похож на наш, что делает генетические исследования мышей особенно полезными для изучения болезней человека.
  • Мыши экономически выгодны, потому что они дешевы и за ними легко ухаживать.
  • Взрослые мыши быстро размножаются. Они могут размножаться каждые три недели (они спариваются в день рождения), поэтому у ученых есть много мышей для работы.
  • Мышь маленькая, ее удобно держать дома.
  • Время между рождением мыши и деторождением (время генерации) короткое, обычно около 10 недель. Это означает, что одновременно можно наблюдать за несколькими поколениями.
  • У мыши короткая продолжительность жизни (один мышиный год равен примерно 30 человеческим годам), что означает, что ученые могут легко измерить последствия старения.
  • Мыши чрезвычайно полезны для изучения сложных заболеваний, таких как атеросклероз и гипертония, поскольку многие гены, ответственные за эти заболевания, являются общими для мышей и людей.Исследования на мышах дают представление о генетических факторах риска этих заболеваний в человеческой популяции.
  • Относительно легко манипулировать геномом мыши, например, добавляя или удаляя ген, чтобы лучше понять его роль в организме. Это обеспечивает мощный инструмент для моделирования конкретных заболеваний, когда известно, что мутировавший ген играет роль в заболевании.
  • Мыши намного лучше, чем мухи или черви, подходят для изучения сложных биологических систем человека, таких как иммунная, эндокринная (доставляет гормоны в организм), нервная, сердечно-сосудистая и скелетная системы.Как и у людей, у мышей естественным образом развиваются заболевания, поражающие эти системы, включая рак и диабет.
  • Мыши с иммунодефицитом (мыши без полностью функционирующей иммунной системы) также могут использоваться в качестве хозяев для выращивания как нормальных, так и больных тканей человека. Это оказалось полезным инструментом в исследованиях рака и СПИДа.

Эта страница последний раз обновлялась 21 июля 2021 г.

The Mighty Mouse: Влияние грызунов на достижения в области биомедицинских исследований

Mo Med.2013 май-июнь; 110(3): 207–211.

Элизабет С. Брайда, доктор философии, работает в Центре ресурсов и исследований крыс, Департамент ветеринарной патобиологии, Университет Миссури

Автор, ответственный за корреспонденцию. Авторское право 2013 г. принадлежит Медицинской ассоциации штата Миссури. Эта статья цитировалась в других статьях в PMC.

Abstract

Мыши и крысы долгое время служили предпочтительными видами для биомедицинских исследований на животных моделях из-за их анатомического, физиологического и генетического сходства с людьми.Преимущества грызунов включают их небольшой размер, простоту содержания, короткий жизненный цикл и обильные генетические ресурсы. Центр ресурсов и исследований крыс (RRRC) и Региональный центр ресурсов MU Mutant Mouse (MMRRC) служат централизованными хранилищами для сохранения и распространения постоянно растущего числа моделей грызунов.

Восприятие мышей и крыс: введение

Упоминание мышей и крыс большинству людей, и на ум приходят образы антисанитарных условий и городского упадка.Крыс поносили как переносчиков зараженных блох, которые привели к ужасной Черной чуме, опустошившей Европу, Северную Африку и Среднюю Азию в четырнадцатом веке. Недавно было высказано предположение, что нужно принести извинения и что виноваты другие факторы, а не грызуны. 1 Совсем недавно инфицированные мыши привели к вспышкам хантавируса, включая недавнюю панику в национальном парке Йосемити, где многие отдыхающие заразились смертельным вирусом от мышей, живущих в домиках. 2

Для многих людей контакт с грызунами заключается в том, что они видят, как их используют в качестве пищи для змей или хищных птиц в зоопарке, или когда им приходится иметь дело с нежелательными грызунами, вторгшимися в их жилища. Иногда в литературе появляется более добрый образ крыс и мышей — вспомните грызунов в книге Э.Б. Любимые книги Уайта: авантюрный мышонок Стюарт из Стюарт Литтл или прожорливая крыса Темплтон из Шарлотта Паутина славы. Вспомним героического мультипликационного персонажа Майти Мауса, который всегда «спасал положение», и, конечно же, самого известного мышонка из всех, Микки Мауса Диснея.

Что не всегда ценится, так это исключительное влияние лабораторных мышей и крыс на биомедицинские исследования. Они часто являются предпочтительной моделью животных для изучения заболеваний человека и стандартным видом для доклинических испытаний.

Сравнительные медицинские исследования

Сравнительная медицина основана на способности использовать информацию одного вида для понимания тех же процессов у других видов. Фундаментальные биомедицинские исследования включают характеристику генов/белков, изучение анатомических и физиологических функций и характеристику нормальных и патологических состояний у различных видов животных.Эти знания затем применяются для понимания тех же процессов у людей. Точно так же информация, полученная в области медицины человека, может быть использована для развития ветеринарии из-за сходства между видами, которые составляют основу сравнительной медицины.

Лабораторные крысы и мыши представляют собой идеальные животные модели для биомедицинских исследований и исследований сравнительной медицины, поскольку они имеют много общего с людьми с точки зрения анатомии и физиологии. Точно так же крысы, мыши и люди имеют примерно по 30 000 генов, примерно 95% из которых являются общими для всех трех видов. 3 6 Использование грызунов в исследовательских целях имеет экономические преимущества: мыши и крысы относительно малы и требуют мало места или ресурсов для содержания, имеют короткое время беременности, но относительно большое количество потомства и довольно быстро развития до зрелого возраста и относительно короткой продолжительности жизни. Например, у мышей период беременности составляет примерно 19–21 день; могут быть отняты от груди в возрасте трех-четырех недель и достигают половой зрелости в возрасте пяти-шести недель, что позволяет довольно быстро создать большое количество мышей для исследований.

Использование грызунов также дает преимущества, связанные с богатством генетической информации, доступной ученым. Геном человека был секвенирован в 2001 году, 4 , 5 , а геномы мыши и крысы были секвенированы в 2002 и 2004 годах соответственно. 3 , 6 Доступность полных последовательностей нуклеотидов для всех трех видов позволила проводить полногеномные сравнения между видами, что имеет решающее значение для идентификации и характеристики генов.Возможность использовать сложные молекулярно-генетические методы для манипулирования генами у мышей, а в последнее время и у крыс, позволяет «выключать» гены (без экспрессии) или экспрессировать их в определенные сроки развития или в выбранных тканях, чтобы лучше понять их нормальную функцию. и/или роль в заболевании.

Мыши как модели для изучения заболеваний человека: наследственная глухота

Идентификация генов, ответственных за наследственную глухоту, является прекрасным примером полезности мышей для изучения заболеваний человека.У людей потеря слуха является наиболее распространенным сенсорным дефицитом, при этом врожденная глухота встречается у одного на каждые 1200–2000 живорождений. 7 Более сотни различных генов вовлечены в несиндромальную потерю слуха. 8 Мышь сыграла важную роль в идентификации и характеристике большого количества этих генов.

Традиционно было трудно изучить генетику потери слуха и глухоты у людей отчасти из-за отсутствия больших семей или большого числа больных для исследований, проблемы генетической гетерогенности (явление, при котором один генетический расстройство, в данном случае глухота, может быть связано с мутациями или дефектами ряда различных генов), а также с общей неспособностью выполнить детальный анатомический анализ человеческого уха, особенно внутреннего уха.Особенно проблематична трудность в установлении того, какое повреждение вызвано наследственными факторами, а не факторами окружающей среды, такими как воздействие громкого шума или инфекции.

Мышь позволяет следователям обойти все эти проблемы. Генетически идентичные инбредные линии мышей, несущие один мутантный ген, особенно ценны для определения функции гена. Многие мыши с мутациями, связанными с потерей слуха, были идентифицированы на протяжении многих лет из-за часто очевидного фенотипа (физических характеристик) глухих мышей: неспособность реагировать на шум, о чем свидетельствует отсутствие рефлекса Прейера (отдергивание уха), необычное подбрасывание головы. и кружащееся (буквально бегающее по кругу) поведение.Эта последняя характеристика является проявлением вестибулярных дефектов, которые являются общими для мутантов по глухоте мышей. В отличие от людей, мышей можно целенаправленно скрещивать с определенными партнерами, чтобы получить много потомства с желаемым генетическим строением (генотипом). Поскольку мышей выращивают в контролируемой, свободной от патогенов среде, влияние факторов окружающей среды можно строго контролировать. Таким образом, мы можем полностью отнести любые нарушения слуха к генетической мутации. Из-за идентичных анатомических структур результаты у мышей могут быть напрямую связаны с ожидаемой патологией у людей.Наконец, с помощью сравнительных геномных методов идентификация гена, ответственного за глухоту у мышей, позволяет идентифицировать эквивалентный (ортологичный) ген у людей. Помимо этих исследований по выявлению генов, важных для слухового развития и функционирования, линия мышей может служить моделью для дальнейшего изучения биологической функции гена и лучшего понимания его роли в слуховой системе. На сегодняшний день идентифицировано более 55 генов несиндромальной глухоты человека 9 , и в каждом случае соответствующий мутант мыши служит моделью для этой конкретной формы глухоты (http://hearingimpairment.jax.org/модели).

Преимущества крыс в биомедицинских исследованиях

Поскольку мыши имеют небольшие размеры и, как правило, их содержание обходится дешевле, а инструменты для генетического манипулирования их геномами доступны с 1980-х годов, мыши часто являются первым выбором в качестве модели грызунов. Тем не менее, есть много областей исследования, где крысы являются предпочтительными, включая исследования сердечно-сосудистой системы, поведенческие исследования и токсикологию. 10

Сердечно-сосудистые заболевания являются ведущей причиной смертности и заболеваемости в развитых странах (http://www.who.int/cardiovascular_diseases) и, как правило, является многофакторным (вызванным комбинацией генетических факторов и факторов окружающей среды). 11 Крысы часто являются предпочтительной моделью грызунов для сердечно-сосудистых исследований, где их больший размер является преимуществом, особенно для облегчения хирургических процедур и других типов тестирования. Было создано множество уникальных линий крыс, которые моделируют сложную природу человеческого ожирения, диабета и сердечно-сосудистых заболеваний, и поэтому в данном случае крысы представляют собой превосходные модели животных для изучения этих заболеваний. 12 , 13

Крысы обычно используются для поведенческих исследований, потому что они намного более общительны, чем мыши, и их поведение лучше имитирует поведение людей. Например, расширение последовательности из трех пар оснований в гене FMR1 отвечает за синдром ломкой Х-хромосомы, наиболее распространенную причину наследственной умственной отсталости у людей. 14 Эта экспансия приводит к метилированию гена FMR1, по существу отключая его так, что ген не экспрессируется. 15 Дефекты этого гена являются известной генетической причиной аутизма. 16 Когда у мышей нокаутируют ген FMR1, они проявляют повышенное социальное взаимодействие. 17 Однако, когда тот же самый ген отключен у крыс, они становятся менее вовлеченными в социальные игры и издают меньше вокализаций во время игровых сессий. Эти социальные нарушения более точно соответствуют симптомам социального поведения, наблюдаемым у людей с мутациями FMR1. Пораженные крысы также демонстрируют компульсивное жевательное поведение. Компульсивное и повторяющееся поведение — основные симптомы расстройств аутистического спектра (http://www.www.sageresearchmodels.com). Таким образом, в данном случае крыса является более подходящей моделью грызуна.

Выбор лучших видов

В прошлом использование мышей часто затмевало использование крыс из-за доступности лучших молекулярных методов для манипулирования геномом мыши. Недавние достижения в области генетических инструментов для создания нокаутных моделей крыс обещают устранить эти барьеры и могут привести к увеличению использования крыс для более широкого спектра биомедицинских исследований. В конечном счете, выбор модели грызунов зависит от того, какой вид более точно повторяет симптомы и процесс заболевания, наблюдаемые у людей.Понятно, что крысы — это не просто огромные мыши, и у каждого вида есть свои преимущества и недостатки, которые часто зависят от конкретного изучаемого процесса или гена. С точки зрения трансляционной медицины особенно важно выбрать подходящую модель, потому что огромные деньги тратятся на тестирование лекарств и методов лечения, которые в конечном итоге терпят неудачу на различных стадиях доклинических и клинических испытаний. Одна из причин этого заключается в том, что результаты, полученные в испытаниях на животных, не всегда точно отражают результаты на людях.

Подсчитано, что новые лекарства проходят путь от открытия до выхода на рынок в среднем за 15 лет при средней стоимости в 900 миллионов долларов. 18 Согласно отчету Центра Тафтса за 2001 г., из 5 000–10 000 соединений, находящихся в процессе разработки, 250 пройдут доклинические испытания, и только пять из них перейдут в клинические испытания на людях. Из этих пяти, в среднем, только один выйдет на рынок. Инвестиционные потери денег и времени, связанные с четырьмя неудачными препаратами, огромны.Интересно, что ретроспективное исследование нескольких наиболее продаваемых препаратов показало, что нокаутные фенотипы мишеней этих препаратов у мышей хорошо коррелируют с известной эффективностью препарата. Терапевтический эффект, наблюдаемый в нокаутной модели, часто был хорошим показателем успеха в клинике. 19 Это подтверждает идею о том, что создание более специфической и чувствительной парадигмы доклинических испытаний на основе лучших моделей животных снизит затраты на разработку лекарств и, что более важно, снизит риск для людей в ходе клинических испытаний.

Ресурсные центры по грызунам

Использование грызунов в биомедицинских исследованиях продолжает расти, и количество уникальных штаммов и моделей значительно увеличивается, так как отдельные исследователи и крупные многогрупповые проекты, финансируемые из федерального бюджета, производят все больше генетически модифицированных мышей и крыс.

Уникальная особенность Университета Миссури заключается в том, что он является домом для трех центров ресурсов животных, финансируемых Национальным институтом здравоохранения (NIH): Центр ресурсов и исследований крыс (RRRC), Региональный центр ресурсов MU Mutant Mouse (MMRRC) и Национальный центр ресурсов и исследований свиней (NSRRC).RRRC и NSRRC — единственные центры такого рода в Соединенных Штатах. MMRRC является частью консорциума четырех региональных центров, расположенных по всей территории США. Целью двух ресурсных центров, ориентированных на грызунов, является служить хранилищами штаммов / запасов крыс и мышей, которые важны для использования в биомедицинских исследованиях. Центры 1) импортируют эти важные модели животных, 2) криоконсервируют эмбрионы и/или сперму как средство для хранения и хранения моделей, и 3) служат распределительными центрами для отправки животных или криоконсервированных материалов исследователям по всему миру, которые используют эти модели в их исследования.

Эти хранилища были созданы как средство для централизованного хранения и распределения важных моделей животных-грызунов. Время и деньги, используемые для создания генетически модифицированных моделей животных и их характеристики, довольно велики; поэтому важно, чтобы они были легко доступны для научного сообщества для дальнейших исследований. Ресурсные центры берут на себя бремя отдельных исследователей по сохранению штаммов и отправке животных другим исследователям.Важно отметить, что Ресурсные центры используют строгие меры контроля качества, чтобы гарантировать, что генетика и чистота здоровья этих моделей отслеживаются и поддерживаются на самом высоком уровне.

В настоящее время наиболее востребованными крысами, распространяемыми RRRC, являются линии, которые содержат генетическую модификацию, заключающуюся в добавлении флуоресцентного репортерного гена (усиленный зеленый флуоресцентный белок или EGFP) в их геном. Следствием этого генетического дополнения является то, что каждая клетка у этих крыс экспрессирует зеленый флуоресцентный белок, что позволяет легко наблюдать их с помощью флуоресцентной микроскопии (см. ).Эти штаммы особенно полезны для трансплантологии и иммунологических исследований. Регенеративная медицина, адоптивный перенос клеток и идентификация генетически модифицированных клеток после генной терапии in vivo требуют возможности отслеживать донорские клетки в тканях хозяина, и крысиные линии EGFP облегчают эти виды исследований. В 2012 году RRRC получил запросы на крысиные штаммы EGFP от 24 академических учреждений, научно-исследовательских институтов и коммерческих компаний, расположенных не только в Соединенных Штатах, но и во всем мире.

Пример флуоресценции крыс линии EGFP. Изображения органов животных SDTg(GFP)2BalRrrc (RRRC:0065) (изображения справа на каждой панели) и контролей дикого типа (изображения слева на каждой панели). Верхние изображения каждой панели освещены ярким светом, нижние изображения каждой панели освещены флуоресцентным светом. Панель А: почка; Панель B: глаз; Панель C: легкое; Панель D: сердце.

Будущее моделей грызунов в биомедицинских исследованиях

Крысы и мыши по-прежнему будут играть центральную роль в биомедицинских исследованиях.Все более изощренные манипуляции с моделями грызунов, включая создание так называемых «очеловеченных» грызунов, несущих человеческие гены, клетки, ткани или органы, могут привести к созданию улучшенных и усовершенствованных моделей для разработки терапевтических средств для лечения заболеваний человека. Возможности сравнительной медицины и использование мышей и крыс будут по-прежнему служить мощным инструментом для углубления понимания как нормальных, так и болезненных процессов у разных видов и облегчат переход исследований от «лабораторных к прикроватным» для улучшения здоровья человека.

Биография

• 

Элизабет С. Брайда, доктор философии, работает в Центре ресурсов и исследований крыс, факультет ветеринарной патобиологии, Университет Миссури.

Контактное лицо: [email protected]

Ссылки

1. Слоан Б. Черная смерть в Лондоне. Историческая пресса; Глостершир, Великобритания: 2011. [Google Scholar]2. CDC. Заметки с мест: хантавирусный легочный синдром у посетителей национального парка – Йосемитская долина, Калифорния, 2012 г. MMWR Morb Mortal Wkly Rep.2012;61:952. [PubMed] [Google Scholar]3. Гиббс Р.А. и соавт. Последовательность генома крысы Brown Norway дает представление об эволюции млекопитающих. Природа. 2004; 428:493–521. [PubMed] [Google Scholar]4. Ландер Э.С. и др. Начальная последовательность и анализ человеческого генома. Природа. 2001; 409: 860–921. [PubMed] [Google Scholar]5. Вентер Дж. К. и соавт. Последовательность генома человека. Наука. 2001; 291:1304–51. [PubMed] [Google Scholar]6. Уотерстон Р.Х. и соавт. Первоначальное секвенирование и сравнительный анализ генома мыши.Природа. 2002; 420: 520–62. [PubMed] [Google Scholar]7. Кантани А. Генетические причины потери слуха у детей. Падиатрия и падология. 1989; 24: 321–330. [PubMed] [Google Scholar]8. Мортон Н.Э. Генетическая эпидемиология нарушений слуха. Энн Н.Ю. Академия наук. 1991; 630:16–31. [PubMed] [Google Scholar] 10. Джейкоб ХДж. Функциональная геномика и модели крыс. Геном Res. 1999;9:1013–6. [PubMed] [Google Scholar] 12. Коули А.В., младший, Лян М., Роман Р.Дж., Грин А.С., Джейкоб Х.Дж. Консомические модельные системы крыс для физиологической геномики.Acta Physiol Scand. 2004; 181: 585–92. [PubMed] [Google Scholar] 13. Квитек-Блэк А.Е., Джейкоб Х.Дж. Использование дизайнерских крыс в генетическом вскрытии гипертонии. Curr Hypertens Rep. 2001; 3:12–8. [PubMed] [Google Scholar] 14. Любс Х.А., Стивенсон Р.Э., Шварц К.Э. Хрупкая Х и Х-связанная умственная отсталость: четыре десятилетия открытий y. Am J Hum Genet. 2012;90:579–90. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]15. Сатклифф Дж. С. и др. Метилирование ДНК подавляет транскрипцию FMR-1 при синдроме ломкой Х-хромосомы.Хум Мол Жене. 1992; 1: 397–400. [PubMed] [Google Scholar] 16. Бойл Л., Кауфманн В.Е. Поведенческий фенотип мутаций FMR1. Am J Med Genet C Semin Med Genet. 2010; 154C: 469–76. [PubMed] [Google Scholar] 17. Спенсер С.М., Алексеенко О., Серышева Е., Юва-Пейлор Л.А., Пейлор Р. Измененное связанное с тревогой и социальное поведение в модели синдрома ломкой Х-хромосомы у мышей с нокаутом Fmr1. Гены Мозг Поведение. 2005; 4: 420–30. [PubMed] [Google Scholar] 18. Колвин М., Маравелиас CT. Стохастический подход к планированию клинических испытаний при разработке новых лекарств.Компьютеры и химическая инженерия. 2008; 32: 2626–2642. [Google Академия] 19. Замбровиц Б.П., Сэндс А.Т. Нокауты моделируют 100 самых продаваемых наркотиков — будут ли они моделировать следующие 100? Nat Rev Drug Discov. 2003; 2: 38–51. [PubMed] [Google Scholar]

Доклинические исследования: Заставьте исследования на мышах работать

Дополнительные инвестиции в описание моделей на животных могут повысить способность доклинических исследований предсказывать действие лекарств на людей, говорит Стив Перрин.

Предоставлено: Иллюстрация Клэр Уэлш/Nature

Мыши берут на себя вину за одну из самых неудобных истин в переводческих исследованиях.Даже после того, как исследования на животных показали, что лечение будет безопасным и эффективным, более 80% потенциальных терапевтических средств терпят неудачу при тестировании на людях. Животные модели болезней часто осуждаются как плохие предикторы того, может ли экспериментальное лекарство стать эффективным средством лечения. Однако часто настоящая причина заключается в том, что доклинические эксперименты не были тщательно спланированы 1,2 .

Серия клинических испытаний потенциальной терапии может стоить сотни миллионов долларов.Человеческие издержки еще выше: у пациентов с прогрессирующими неизлечимыми заболеваниями может быть только одна попытка недоказанного, но многообещающего лечения. Клинические испытания обычно требуют, чтобы пациенты проходили курс лечения в течение года или более, в течение которого они не могут использовать другие экспериментальные варианты. Запуск клинических испытаний без подкрепления надежными данными о животных удерживает пациентов от испытаний методов лечения, которые могут иметь больше шансов на успех.

Одной из таких групп пациентов являются пациенты с боковым амиотрофическим склерозом (БАС), фатальным нейродегенеративным заболеванием, также известным как болезнь Лу Герига или болезнь двигательных нейронов.За последнее десятилетие около дюжины экспериментальных методов лечения БАС прошли испытания на людях. Было показано, что все они облегчают течение болезни в установленной модели на животных. Все, кроме одного, потерпели неудачу в клинике, и преимущества выживания этого одного незначительны.

В Институте развития терапии БАС (TDI) в Кембридже, штат Массачусетс, мы протестировали более 100 потенциальных лекарств на установленной мышиной модели этого заболевания (в основном неопубликованные работы). Сообщалось, что многие из этих препаратов замедляют развитие болезни на той же мышиной модели; ни один из них не оказался полезным в наших экспериментах (см. «Должная осмотрительность, просроченные»).Восемь из этих соединений в конечном итоге потерпели неудачу в клинических испытаниях, в которых участвовали тысячи людей. Чтобы увидеть, что проблема сохраняется при разных заболеваниях, не нужно заглядывать дальше потенциальных признаков блокбастера, таких как болезнь Альцгеймера и рак.

После почти десятилетия работы по валидации ALS TDI представила рекомендации, которые должны уменьшить количество ложноположительных результатов в доклинических исследованиях и, таким образом, предотвратить необоснованные клинические испытания. Рекомендации, относящиеся и к другим заболеваниям, включают: тщательную оценку физических и биохимических признаков животных с точки зрения болезней человека; определять, когда возникают симптомы болезни и смерть, и быть готовым к неожиданным изменениям; и создание математической модели для помощи в планировании эксперимента, в том числе, сколько мышей должно быть включено в исследование.Удивительно, как часто такие простые шаги упускаются из виду. Например, трудно найти публикацию, в которой доклинические исследования на животных подкреплены статистическими моделями, чтобы свести к минимуму экспериментальный шум.

Эксперименты, необходимые для этого типа характеристики, дороги, требуют много времени и сами по себе не приведут к новым методам лечения. Но без этих первоначальных инвестиций финансовые ресурсы для клинических испытаний тратятся впустую и гибнут люди.

Исследования в ALS TDI иллюстрируют, как первоначальные физиологические описания животной модели редко охватывают все характерные особенности, в том числе то, насколько точно модель отражает то, что наблюдается у пациентов.Такие модели часто недостаточны для изучения того, как лекарство влияет на различные аспекты болезни.

Прогрессирование БАС характеризуется ухудшением состояния нейронов, иннервирующих скелетные мышцы. Секвенирование и генетические исследования показывают, что РНК-связывающие белки имеют решающее значение для поддержания здоровья двигательных нейронов 3 . Мышиные модели, экспрессирующие мутантную форму РНК-связывающего белка TDP43, обнаруживают характерные черты ALS: потерю моторных нейронов, агрегацию белка и прогрессирующую мышечную атрофию 4.

Но дальнейшее изучение этих мышей выявило ключевые различия. У пациентов (и в установленных моделях мышей) паралич со временем прогрессирует. Однако мы не наблюдали этого прогрессирования у мышей с мутацией TDP43. Измерения походки и силы хвата показали, что их мышечный дефицит на самом деле был легким, а патологоанатомическое исследование показало, что животные умерли не от прогрессирующей мышечной атрофии, а от острой кишечной непроходимости, вызванной ухудшением гладкой мускулатуры кишечника 5 . Хотя существующие мыши с мутацией TDP43 могут быть полезны для изучения эффектов лекарств на определенные механизмы заболевания, способность лекарств увеличивать выживаемость, скорее всего, не имеет отношения к людям.

Ученые, использующие модели животных для поступательных исследований, должны действовать с осторожностью и быть готовыми к дальнейшим характеристикам самостоятельно.

БАС Ученые TDI провели мета-анализ почти 5500 мышей, которых использовали в экспериментальных или контрольных группах в течение четырех лет 1 . Все мыши экспрессировали специфическую дефектную версию гена SOD1, который мутирован примерно у 10% людей с наследственным БАС. Эта и другие работы 6 выявили как неожиданные различия у животных, так и способы контроля над ними.

Средняя продолжительность жизни почти 90% мышей составила 134 дня, плюс-минус 10 дней. Тщательное изучение животных, которые жили меньше или дольше, выявило четыре фактора, которые создавали значительный шум в данных и могли привести к ложным выводам (см. «Четыре способа борьбы с шумом»). Важно отметить, что для понимания таких вариаций требуется тщательное наблюдение за сотнями мышей в течение нескольких поколений.

Одним из факторов является невозможность исключить животных, смерть которых не связана с изучаемым заболеванием.Другими факторами являются невозможность разделить однопометников на контрольную и экспериментальную группы, а также не принимать во внимание пол. Самцы мышей SOD1 проявляют симптомы на неделю раньше, чем самки, и умирают примерно на неделю раньше. Учитывая, что неделя составляет 4% вариабельности выживаемости, такие различия легко могут быть ошибочно истолкованы как эффект препарата.

Четвертый фактор касается генов, введенных для индукции болезни. Слишком часто фенотип болезни теряется по мере создания колонии размножающихся мышей. Для многих заболеваний, включая БАС, животные модели несут несколько копий гена, вызывающего заболевание, и эти повторяющиеся гены часто не передаются стабильным образом по мере деления клеток с образованием гамет.Регулярные анализы генотипирования необходимы, чтобы убедиться, что у мышей в последующих поколениях не будет меньше копий трансгена и, следовательно, менее тяжелое заболевание.

В ALS TDI мы видели это несколько раз. При первом описании в 2010 году все TDP43-мутантные мыши умерли в течение 200 дней 7 . Когда мы заказали мышей из племенной колонии, созданной из тех, что использовались в этой первоначальной публикации, мыши жили до 400 дней, не проявляя признаков болезни. Чтобы выполнить описанную выше работу по характеристике TDP43, мы сначала провели несколько месяцев обратного скрещивания штамма, чтобы создать стабильный фенотип.

Предоставлено: Иллюстрация Клэр Уэлш/Nature

Характеристика может выявить более тонкие потенциальные проблемы для перевода. Это подтверждается исследованием, показывающим, что литий может увеличить выживаемость мышей SOD1 на 30 дней, поразительно долгое время 8 . Небольшое клиническое испытание показало, что он также продлевает жизнь людям с БАС 8 . Литий уже продается для лечения шизофрении, и многие люди с БАС начали принимать препарат не по назначению в надежде замедлить прогрессирование болезни.Параллельно были начаты три отдельных клинических испытания фазы III для оценки эффектов препарата. В них приняли участие сотни пациентов, общая стоимость которых составила более 100 миллионов долларов США. Ни одно из трех испытаний не показало терапевтического эффекта 9,10,11 .

В то же время другие группы пытались воспроизвести доклинические данные и не смогли 12,13 . Хотя трудно определить, почему первое исследование показало такой впечатляющий эффект, его первоначальные результаты любопытны. Среднее время выживания нелеченых животных было на 20 дней короче, чем в других местах, что свидетельствует о других аномалиях.

Для исследований, направленных на прогнозирование преимуществ лечения, таких как увеличение продолжительности жизни или задержка прогрессирования симптомов, необходимо математическое моделирование. Это включает в себя вариации, обычно наблюдаемые в модели животных, для расчета того, сколько животных следует отнести к экспериментальным группам. По нашим расчетам, модели животных с высокой изменчивостью могут потребовать сотни животных на группу; даже однородные требуют целых десять.

«Государственные и частные агентства должны финансировать исследования по характеристике в качестве конкретного проекта.”

Прежде чем оценивать эффективность препарата, исследователи должны выяснить, какую дозу могут переносить животные, достигает ли препарат нужной дозы в соответствующей ткани и как быстро препарат метаболизируется или расщепляется в организме. По нашим оценкам, требуется около 30 000 долларов и 6–9 месяцев, чтобы охарактеризовать токсичность молекулы и оценить, достаточно ли она достигает соответствующей ткани и имеет ли достаточный период полураспада в мишени, чтобы быть потенциально эффективной.

Если эти результаты обнадеживают, то эксперименты по проверке того, может ли лекарство продлить жизнь животного, оправданы — это будет стоить около 100 000 долларов за дозу и займет около 12 месяцев. Следует протестировать не менее трех доз молекулы; это поможет установить, что любые реакции на лекарство реальны, и подскажет, каким может быть разумный уровень дозировки.

Таким образом, даже если предположить, что модель была адекватно охарактеризована, инвестиции в размере 330 000 долларов необходимы только для того, чтобы определить, имеет ли одно лекарство достаточный потенциал для лечения заболеваний у людей.Это кажется целесообразным, учитывая, что для продвижения лекарства через процесс клинической разработки могут потребоваться тысячи пациентов, несколько лет и сотни миллионов долларов.

По мере того, как академические лаборатории переключают свое внимание на трансляционные исследования, на них ложится бремя описания моделей животных. Хотя затраты мизерны по сравнению с затратами на клинические испытания, требуемые инвестиции времени и средств намного превышают ожидания любой лаборатории. Это бремя и полученные модели мышей должны быть разделены.По крайней мере, исследователи должны размещать новые модели животных в общедоступном репозитории, чтобы другие команды могли повторить характеристику и разделить затраты на ее успешное выполнение.

Государственные и частные агентства должны финансировать исследования по определению характеристик в качестве конкретного проекта. Хорошим примером является Инициатива нейровизуализации болезни Альцгеймера, крупное совместное исследование по поиску диагностических биомаркеров болезни. Конкурентные торги и поэтапные платежи могут убедить квалифицированные группы провести необходимые эксперименты и сделать результаты общедоступными.Это непривлекательная работа, которая никогда не приведет напрямую к прорыву или терапии, и ее трудно совместить с целями типичной заявки на получение гранта или программы обучения аспирантов. Однако без этих инвестиций больше пациентов и средств будут потрачены впустую на неинформативные и разочаровывающие клинические испытания.

Четыре способа борьбы с шумом

Простые шаги, чтобы избежать ложных выводов

  • Исключение нерелевантных животных Как это часто делается в клинических испытаниях, субъекты, умершие по причинам, не связанным с болезнью (например, неправильное обращение), не должны учитываться в результатах .Причины исключения должны быть хорошо задокументированы.

  • Гендерный баланс У мужчин и женщин могут проявляться различия в симптомах, которые скрывают умеренные эффекты наркотиков.

  • Разделение однопометников на экспериментальные группы Помещение братьев и сестер в одну экспериментальную группу может привести к искажению результатов.

  • Гены отслеживания Гены, вызывающие заболевание, часто не наследуются надежно. Когда копии утеряны, симптомы могут быть менее серьезными, а лекарства могут казаться более эффективными, чем они есть на самом деле.

Ссылки

  1. Scott, S. et al. Амиотроф. Боковой склер. 9 , 4–15 (2008).

    КАС Статья Google ученый

  2. Begley, C.G. & Эллис, Л. М. Nature 483 , 531–533 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  3. Линг С.-C., Polymenidou, M. & Кливленд, DW Neuron 79 , 416–438 (2013).

    КАС Статья Google ученый

  4. Wegorzewska, I., Bell, S., Cairns, N.J., Miller, T.M. & Baloh, RH Proc. Натл акад. науч. США 106 , 18809–18814 (2009 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  5. Хаципетрос, Т.и другие. Мозг Res. http://dx.doi.org/10.1016/j.brainres.2013.10.013 (2013 г.).

  6. Ludolph, A.C. et al. Амиотроф. Боковой склер. 11 , 38–45 (2010).

    Артикул Google ученый

  7. Столлингс, Н. Р., Путтапарти, К., Лютер, К. М., Бернс, Д. К. & Elliott, JL Neurobiol. Дис. 40 , 404–414 (2010).

    КАС Статья Google ученый

  8. Форнаи, Ф.и другие. Проц. Натл акад. науч. США 105 , 2052–2057 (2008 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  9. UKMND-LiCALS Study Group Lancet Neurol. 12 , 339–345 (2013).

  10. Verstraete, E. et al. Дж. Нейрол. Нейрохирург. психиатр. 83 , 557–564 (2012).

    Артикул Google ученый

  11. Аггарвал, С.П. и др. Ланцет Нейрол. 9 , 481–488 (2010).

    КАС Статья Google ученый

  12. Гилл А., Кидд Дж., Виейра Ф., Томпсон К. & Перрин, С. PLoS ONE 4 , e6489 (2009).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

  13. Пиццасегола, К. и др. Амиотроф. Боковой склер. 10 , 221–228 (2009).

    КАС Статья Google ученый

Скачать ссылки

Информация об авторе

Членство

  1. Стив Перрин — главный научный сотрудник Института развития терапии БАС в Кембридже, штат Массачусетс, США.

    Стив Перрин

Автор, ответственный за переписку

Стив Перрин.

Дополнительная информация

Об этой статье

Процитировать эту статью

Perrin, S.Доклинические исследования: Заставьте исследования на мышах работать. Природа 507, 423–425 (2014). https://doi.org/10.1038/507423a

Загрузить цитату

Поделиться этой статьей

Любой, с кем вы поделитесь следующей ссылкой, сможет прочитать этот контент:

Получить ссылку для общего доступа

Извините, ссылка для общего доступа в настоящее время недоступна доступны для этой статьи.

Предоставлено инициативой Springer Nature SharedIt по обмену контентом.

Вводящие в заблуждение исследования на мышах тратят впустую медицинские ресурсы

Ретроспективный обзор более чем 100 неудачных лекарств показывает, что многие из них никогда не должны были пройти клинические испытания.

Среди исследователей в области здравоохранения ходит шутка о том, что все было вылечено — у мышей. Однако это может быть не всегда так. Предоставлено: Иллюстрация Клэр Уэлш/Nature

Неудачи экспериментальных лекарств, которые когда-то выглядели многообещающе, можно было бы предотвратить с помощью более качественных исследований на животных, согласно повторному анализу прошлых клинических испытаний.

« Я слышал слишком много историй о пациентах, которые использовали свой единственный шанс попасть в испытание препарата, у которого не было достаточного количества «основ» с самого начала, и это трагедия», — говорит Стив Перрин, больной боковым амиотрофическим склерозом. (ALS) исследователь, руководивший работой.

Перрин, главный научный сотрудник Института развития терапии БАС в Кембридже, штат Массачусетс, использовал мышей с симптомами, сходными с БАС, для тестирования более 100 соединений, которые ранее были идентифицированы в качестве лекарств-кандидатов. Большинство из них, в том числе восемь, которые показали многообещающие результаты в предыдущей работе на мышах, но в конечном итоге потерпели неудачу в испытаниях на людях, не смогли замедлить прогрессирующее фатальное дегенеративное заболевание, также называемое болезнью Лу Герига или болезнью двигательных нейронов.

Перрин утверждает, что положительные результаты, полученные в предыдущих испытаниях на мышах, были ложными, вероятно, в результате плохо проведенных исследований.В комментарии, опубликованном сегодня в журнале Nature 1 , он призывает исследователей повысить качество исследований на животных, лучше охарактеризовав и поняв, как мышиные модели соответствуют заболеваниям человека, сводя к минимуму искажающие результаты различия между животными и используя статистические модели для руководство по дизайну исследования.

«Рекомендации могут оказать глубокое положительное влияние на трансляционные исследования, значительно повысив качество доклинических исследований», — говорит Адриано Чио, невролог из Туринского университета в Италии.

Перрин обнаружил, что один тип мышиной модели БАС, в которой животные экспрессируют мутантную версию белка TDP43, существенно отличается от человеческого заболевания. Например, мыши TDP43 обычно умирали от непроходимости кишечника, в то время как люди с этим заболеванием, как правило, умирали от истощения мышц, что часто приводило к неспособности дышать. Он также обнаружил, что, хотя сообщалось, что первое поколение мышей TDP43 умирало в течение 200 дней, более поздние поколения, полученные от этих оригиналов, жили до 400 дней без признаков болезни.

Другие исследователи выявили проблемы воспроизводимости исследований рака на животных 2 . Нейробиолог Катерина Бендотти из Института фармакологических исследований Марио Негри в Милане, Италия, согласна с тем, что проблемы, описанные Перрином, не являются уникальными для его области: «Плохая воспроизводимость доклинических результатов, особенно на животных моделях, выходит за рамки БАС», — говорит она.

Невоспроизводимые доклинические результаты могут привести к огромной трате времени и денег на клинические испытания.Чио указывает на пример исследования 2008 года на мышах и 44 людях с БАС, которое показало, что терапевтический литий может замедлить болезнь 3 . Этот металл уже используется в качестве лекарства для лечения психических расстройств, включая шизофрению, поэтому он доступен дешево, и люди с БАС начали вводить его себе. Группы Перрина и Бендотти пытались воспроизвести первоначальные результаты и обнаружили, что не могут, но не раньше, чем начались клинические испытания для проверки эффекта. В конечном счете, пять испытаний с участием более 1000 человек с БАС в пяти странах не дали никаких результатов, говорит Чио, и первоначальные результаты на мышах никогда не повторялись.Нелеченные животные в первоначальном исследовании выживали на 20 дней меньше, чем в других исследованиях на мышах, что позволяет предположить, что у этих животных могли быть некоторые аномалии.

«Мы несем строгую ответственность за то, чтобы избежать новой литиевой саги, и рекомендации Перрина направлены именно на это», — говорит Чио.

Другие исследователи говорят, что они в целом согласны с Перрином, но что они также хотели бы увидеть данные экспериментов его группы, и что, возможно, нет необходимости найти положительный результат на животных, чтобы перейти к испытаниям на людях.

«Многие исследователи БАС сказали бы, что если есть другие доклинические доказательства того, что лекарство может работать, этого может быть достаточно для испытаний на людях», — говорит невролог Леонард ван ден Берг, директор Нидерландского центра БАС в Университетском медицинском центре Утрехта. .

Но работа, направленная на то, чтобы выяснить, насколько модели животных связаны с человеческими заболеваниями, — например, исследования Перрина на мышах TDP43 — дорога и бесполезна для исследователей и их команд. Перрин утверждает, что они должны финансироваться конкретно, возможно, за счет частно-государственного сотрудничества.

«Кто-то должен это сделать, иначе мы попусту тратим драгоценные ресурсы», — говорит Перрин.

Дополнительная информация

Подпишитесь на Erika Check Hayden в Твиттере @Erika_Check

Об этой статье

Процитируйте эту статью

Check Hayden, E. Вводящие в заблуждение исследования на мышах растрачивают медицинские ресурсы. Природа (2014). https://doi.org/10.1038/nature.2014.14938

Скачать цитату

Поделиться этой статьей

Любой, с кем вы поделитесь следующей ссылкой, сможет прочитать этот контент:

Получить ссылку для общего доступа

Извините, ссылка для общего доступа в настоящее время недоступно для этой статьи.

Предоставлено инициативой Springer Nature SharedIt по обмену контентом.

Исследование на мышах — обзор

Транскрипционная регуляция дифференцировки ILC2

Исследования на мышах показали, что дифференцировка ILC2 зависит от факторов транскрипции GATA-3, TCF-1, Bcl11b и RORα в дополнение к требованиям, общим для других подмножеств ILC ( Id2 и общая γ-цепь). Более того, передача сигналов Notch и транскрипционный фактор Gfi1 (ростовой фактор независимый 1) необходимы для развития ILC2.

В то время как GATA-3 требуется для разработки всех ILC, а его отсутствие приводит к удалению всех вспомогательных подмножеств ILC, GATA-3 также требуется на более поздних этапах разработки ILC2. Это было показано с помощью условной делеции GATA-3 под контролем промотора Id2. У этих мышей развитие ILC2 было отменено, в то время как развитие ILC3 не пострадало (Hoyler et al., 2012). Анализ мышей с гапло-недостаточностью GATA-3 и мышей со сверхэкспрессией GATA-3 на стадии CLP показал дозозависимую функцию GATA-3 в развитии ILC2 (Klein Wolterink et al., 2013). Аналогичные результаты были получены на ILC2 человека (Mjösberg et al., 2012). Необходимы дальнейшие исследования для выяснения молекулярных путей, лежащих в основе важности GATA-3 в развитии ILC2.

Путь Notch является консервативным путем, участвующим в детерминации клеточных судеб многих клонов, включая ILC. Роль пути Notch в развитии ILC сложна, потому что сигналы Notch необходимы на первых стадиях развития ILC2 (но необязательны на более поздних стадиях), а большинство подмножеств ILC1 и ILC3 сильно редуцированы в отсутствие Notch (Lee et al. ., 2012; Вонг и др., 2012). С другой стороны, некоторые подмножества ILC3 не развиваются, если сохраняются сигналы Notch. В ILC2 Notch взаимодействует с факторами транскрипции GATA-3 и TCF-1 (кодируется Tcf7 ), чтобы активировать экспрессию рецепторов для IL-2, IL-25 и IL-33 (Mielke et al., 2013). ; Ян и др., 2013).

Bcl11b представляет собой фактор транскрипции с цинковыми пальцами, экспрессируемый предшественниками ILC, и известен своей ролью в подавлении альтернативных клеточных судеб в развивающихся Т-лимфоцитах.Хотя можно было бы ожидать, что, подобно TCF-1 и GATA-3, Bcl11b потребуется для развития всех линий, только развитие ILC2 зависит от Bcl11b (Walker et al., 2015; Yu et al., 2015). Хотя его экспрессия поддерживается в зрелых ILC2, Bcl11b не требуется для выживания зрелых ILC2. У мышей с дефицитом Bcl11b ILC2 отсутствуют, и, как следствие, иммунный ответ на аллерген папаин, инфекцию вирусом гриппа и гельминтную инфекцию N. brasiliensis нарушен.Роль Bcl11b в человеческих ILC еще предстоит выяснить.

RORα является членом семейства орфанных ядерных рецепторов, связанных с рецептором ретиноевой кислоты, и высоко экспрессируется ILC2. RORα является ILC2-специфическим фактором транскрипции, так как в отсутствие RORα развитие ILC2 сильно нарушено, в то время как другие подмножества ILC развиваются нормально (Wong et al., 2012).

Gfi1 представляет собой белок-репрессор транскрипции с цинковыми пальцами, который экспрессируется клетками ILC2 и цитотоксическими NK-клетками. В ILC2 это необходимо для функциональной специфичности, поскольку делеция Gfi1 индуцирует экспрессию IL-17 (Spooner et al., 2013), возможно, путем высвобождения подавления оси Sox4-Rorc, которая активна в клетках Th27 и ILC3 и приводит к продукции IL-17. Gfi1 осуществляет свою функцию посредством прямого контроля экспрессии рецепторов IL-25 ( IL17rb ) и IL-33 ( IL1rl1 ).

Почему лекарства, испытанные на мышах, не прошли клинические испытания на людях

от Сэма Циммермана
фигурки от Ханны Цук r

Если бы мы все были мышами, болезнь Альцгеймера, рак, диабет и большинство наследственных заболеваний остались бы в прошлом.Мы могли грызть столько сыра, сколько хотели, не опасаясь сердечных заболеваний, и часами бегать вокруг любимого колеса без боли в коленях, потому что все эти недуги были вылечены у мышей. К сожалению, мы не мыши, и большинство этих лекарств с треском проваливаются у людей. Из сотен методов лечения болезни Альцгеймера, которые помогли мышам, ни один не помог людям. Но почему методы лечения болезни Альцгеймера, которые так многообещающе действуют на животных, никогда не работают на людях? Несмотря на то, что мыши и люди внешне немного отличаются друг от друга, ДНК у них на 92 % совпадает.Кроме того, люди и мыши имеют идентичные гены. Можно было бы подумать, что лекарство, которое нацеливается и активирует ген у мышей, также активирует ген у людей, но это не всегда так.

Один и тот же ген у мышей и людей используется по-разному

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Hodge et al. показали, что хотя люди и мыши имеют одни и те же гены, они по-разному функционируют в клетках разных животных. Чтобы клетка правильно выполняла свою работу, ей необходимо вырабатывать определенные белки, уникальные для этой клетки.Эти белки — рабочие пчелы, те, которые фактически выполняют работу клетки, и направления, используемые для производства этих белков, закодированы в участках ДНК, называемых генами. Ген подобен очень важному предложению в книге, которое клетка может читать каждый раз, когда она хочет создать белок, кодируемый этим геном. Чем больше клетка считывает ген, тем сильнее экспрессируется ген и тем больше белка производится. Все 20 000 генов в геноме человека могут быть прочитаны бесконечное количество раз, что позволяет клетке производить множество различных типов белков, отвечающих ее потребностям.

Рисунок 1. Две клетки с одним и тем же набором генов могут экспрессировать разные белки, регулируя способ «считывания» ДНК в белок, как показано на панели A. В примере, показанном на B, нейрон на левой панели экспрессирует ген рецептора серотонина, тогда как нейрон на правой панели имеет тот же ген, но не экспрессирует рецептор серотонина. Следовательно, лекарство, предназначенное для воздействия на рецептор серотонина, будет воздействовать на левый нейрон слева, но не на нейрон справа.

Чтобы сравнить гены человека и мыши, Hodge et al. использовали метод, называемый секвенированием ДНК, для идентификации ДНК, которая составляет все гены в клетках мозга человека и мыши. Исследователи узнали, что почти все типы клеток в мозге мыши, включая почти все нейроны, также присутствуют в мозге человека. Однако, когда исследователи сравнили экспрессию отдельных генов в клетках одного и того же типа, они обнаружили огромные различия между мышами и людьми. Две трети всех генов, общих для мышей и людей, по-разному экспрессируются в клетках одного и того же типа.Самая поразительная разница была обнаружена в нейронах, где несколько генов, используемых для создания рецепторов серотонина, включены у мышей, но выключены у людей. Серотонин, химическое вещество, которое регулирует настроение, посылает сообщения между нейронами, связываясь со своим рецептором на поверхности принимающего нейрона. Без рецептора серотонин не может передавать сигналы соседним клеткам. Если препараты будут нацелены на рецепторы, которые есть только у мышей, они не будут работать у людей. В результате лечение депрессии, шизофрении, беспокойства, болезни Альцгеймера и других расстройств может быть очень полезным для мышей, но не поможет для лечения заболеваний у людей.

Несмотря на то, что гены мозга мышей и человека совершенно разные, некоторые части тела человека и мыши более похожи. Когда исследователи из Института Броуда Гарварда и Массачусетского технологического института сравнили экспрессию генов в иммунной системе человека и мыши, у одного вида было включено только 169 генов, а у другого выключено, что намного меньше, чем 9000 включенных генов у одного вида, но выключено в другом  в мозгу. Однако изменение одного гена может стать решающим фактором успеха или неудачи в клинических испытаниях.Это показывает, что, хотя мыши могут моделировать иммунную систему человека лучше, чем мозг, к исследованиям, демонстрирующим эффективность лекарств при иммунных расстройствах, все же следует относиться с осторожностью.

Когда различия между человеком и мышами оказываются фатальными

Иногда эти, казалось бы, небольшие различия между людьми и мышами могут иметь катастрофические последствия. Точно так же, как собака не может есть шоколад, потому что ее печень не может расщепить кофеин, люди также умирают, потому что их тела не могут поглощать или перерабатывать лекарства, первоначально испытанные на мышах.В 1993 году для лечения людей с гепатитом В был разработан препарат фиалуридин (ФИАУ), который удивительно хорошо работал на мышах, крысах, собаках и приматах, но когда начались испытания на людях, у семи человек развилась печеночная недостаточность, а пятеро умерли. FIAU был токсичен для человека из-за специфического белка, расположенного в наших митохондриях, структурах, которые генерируют энергию в наших клетках. Этот белок транспортирует лекарство из пустого пространства клетки в митохондрии. Как только лекарство попадает внутрь, оно отравляет митохондрии.Это отключает подачу энергии в нашу печень, где всасывается лекарство. Несмотря на то, что этот белок также присутствует у мышей, он не посылает лекарство в митохондрии из-за всего 3 различий в ДНК мышей. Эти 3 мутации ДНК изменяют ген, кодирующий белок, ровно настолько, чтобы держать его подальше от митохондрий клетки, чтобы белок не мог перенести в него лекарство.

Рисунок 2. Фиалуридин (FIAU) токсичен для человека, но не для мышей из-за различия в локализации белка. Как у мышей, так и у людей FIAU проникает в клетку через транспортный белок в клеточной мембране и действует против вируса гепатита В (HBV). У человека белок-транспортер также расположен на митохондриальной мембране, поэтому FIAU проникает в митохондрии и отравляет эту важную энергогенерирующую часть клетки. Транспортер мыши находится не в митохондриях, поэтому FIAU не может проникнуть в митохондрии и оказать свое токсическое действие.

Исследовательские методы также могут привести к провалу испытаний лекарств

Ясно, что мыши не являются идеальной моделью всех болезней человека, но ученые по-прежнему используют их для изучения большинства заболеваний из соображений удобства.Чтобы полностью воспроизвести сложные заболевания у мышей, исследователям необходимо точно знать, какие гены мутируют у людей, и внести такие же мутации в геном мыши. К сожалению, эти знания обычно недоступны. Вместо этого исследователи мутируют небольшое количество генов, чтобы воспроизвести симптомы болезни. На самом деле у этих мышей редко проявляются все симптомы болезни, такие как дрожь, наблюдаемая при болезни Гентингтона. Кроме того, сложные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, связаны с множеством различных изменений в генах человека, и маловероятно, что у мышей с некоторыми изменениями будет такое же основное заболевание, как у людей.Таким образом, даже если мышь излечивается от своей болезни, это не гарантирует, что она вылечит человеческую болезнь, которую исследователи пытаются скопировать у мышей.

Исследователи стремятся сделать каждый эксперимент воспроизводимым, чтобы другие люди могли проверить их работу. Обычно это хорошо, но для этого в экспериментах с мышами исследователи используют мышей, которые в результате селекции имеют точно такую ​​же ДНК. Таким образом, другие исследователи могут использовать тех же мышей и получить тот же результат. Лечить мышей с идентичной ДНК — все равно, что изобретать лекарство только для одного человека из семи.5 миллиардов человек на Земле. Каждый человек по-разному реагирует на лекарства и болезни; то, что работает у одного человека, может не работать у другого человека с другой ДНК. Некоторые исследователи призвали ученых признать, что вариации в экспериментах неизбежны. Вместо того, чтобы полагаться на один тип мыши с определенной ДНК, исследователи должны разработать эксперименты, учитывающие эту естественную вариацию.

По иронии судьбы, даже когда исследователи используют одни и те же линии мышей, плохой дизайн исследования и разные методологии могут помешать воспроизводимости экспериментов.В систематическом обзоре лечения нимодипина при инсульте на мышах исследователи обнаружили, что методология, использованная в экспериментах, была плохой, и не было единого мнения о влиянии нимодипина на инсульт. Только 50% исследований показали, что нимодипин помогает облегчить симптомы, в то время как в других не было обнаружено никакой пользы от препарата.

Альтернативы модели мыши

Во многих отношениях мыши идеально подходят для научных экспериментов. Они генетически похожи на людей, производят много потомства и быстро взрослеют, так что эксперименты можно проводить за короткий период времени.Они помогли разработать методы лечения многих заболеваний, от диабета до рака. В 2011 году серповидно-клеточная анемия, заболевание, при котором эритроциты не могут доставлять кислород к остальным частям тела, была вылечена у мышей путем снижения экспрессии одного гена, позволяющего формироваться новым, здоровым эритроцитам. Буквально в прошлом году та же стратегия использовалась для создания новой генной терапии, которая также успешно лечила людей.

Однако при сложных неврологических расстройствах, когда многие гены нарушены, мыши вряд ли смогут правильно смоделировать заболевание, что делает излечение людей менее вероятным.В этих случаях некоторые исследователи предлагают изучать клетки человека изолированно и отказаться от моделей на мышах. Другой альтернативой проведению исследований на мышах является использование животных, таких как приматы, которые больше похожи на людей. Однако, как видно из примера FIAU, лечение, которое работает на приматах, не обязательно работает на людях. В конечном счете, не существует универсального решения, и лучший ответ может заключаться вовсе не в типе животных, которых мы используем. Вместо этого усовершенствование научных методов и систематические обзоры исследований на животных, которые информируют о дизайне клинических испытаний, могут быть лучшим способом повысить вероятность успеха лекарства.


Сэм Циммерман — доктор философии. студент программы биологических и биомедицинских наук Гарвардского университета.

Ханна Цукер, доктор философии. студент программы нейробиологии Гарвардского университета.

Изображение на обложке: «Apodemus sylvaticus bosmuis» от Rasbak под лицензией CC BY-SA 3.0

Для получения дополнительной информации:
  • Чтобы узнать, как из ДНК образуются белки, посмотрите это видео.
  • Дополнительные примеры препаратов, испытанных на животных, которые не прошли клинические испытания, можно найти в этой статье.
  • Последние новости о клинических испытаниях серповидноклеточной анемии см. в этой замечательной статье в New York Times.
  • Узнайте об удивительных новых альтернативах стандартной модели мыши из статей Harvard Gazette и Science.
  • Информативные комментарии о том, как исследования на мышах могут привести к вводящим в заблуждение научным выводам, можно найти в твиттере с хэштегом #JustInMice и этой историей в твиттере с дескриптором justsaysinmice.

Планирование, анализ и применение клинических испытаний на мышах при разработке онкологических препаратов | BMC Cancer

Определение количества мышей для категориальных ответов

Мы собрали данные об объеме опухоли при лечении лекарствами для 26127 мышей из 2883 уникальных лечебных PDX, 11139 мышей из 1219 уникальных лечебных CDX и 5945 мышей из 637 уникальных лечебных сингенных моделей. Уникальной моделью лечения является модель мыши, которую лечили лекарством в ходе исследования. Каждое уникальное лечение имеет как минимум 8 мышей.Категориальный ответ на лекарство определяли с помощью 4 методов (см. Материалы и методы), и мы иллюстрируем результаты с использованием критериев mRECIST, которые классифицируют ответ на лекарство по 4 категориям: полный ответ (CR), частичный ответ (PR), стабильное заболевание (SD). и прогрессирующее заболевание (PD). Для каждой уникальной модели лечения ее ответ представляет собой ответ большинства всех мышей. Мы наблюдали, что ответы отдельных мышей чаще всего соответствовали ответу большинства для PD: 90% для PDX, 95% для CDX и сингенных моделей (рис.1а-в). Другие 3 категории ответов демонстрируют более низкую согласованность, особенно для сингенных моделей. Из 10 уникальных сингенных моделей лечения, классифицированных как CR, только у половины мышей также был полный ответ, в то время как у 17% мышей была болезнь Паркинсона и резистентность к лечению. Такая поляризованная картина ответа наблюдается и в других трех методах (дополнительный файл 1: рисунок S1-S3). Большая дисперсия существует для всех 4 категорий ответов. Например, только около 70% индивидуальных ответов совпали с ответами большинства для трети из 107 уникальных моделей лечения PDX, отнесенных к категории CR, хотя средний показатель составляет 83%.

Рис. 1

Количество мышей и точность измерения категориальных ответов, определяемых критериями mRECIST. ( a-c ): индивидуальная реакция мыши и реакция большинства в PDX ( a ), CDX ( b ) и сингенных моделях ( c ), ось абсцисс представляет количество ответов большинства из 4 категорий ответов (CR: полный ответ, PR: частичный ответ, SD: стабильное заболевание, PD: прогрессирующее заболевание), ось y представляет собой процент индивидуального ответа мыши по отношению к большинству (среднее ± s.д.). В 2883 уникальных лечебных моделях PDX участвуют 26 127 мышей, в 1219 уникальных лечебных моделях CDX — 11 139 мышей, а в 637 уникальных лечебных сингенных моделях — 5945 мышей. Каждая уникальная модель лечения включала не менее 8 мышей. ( d-g ): точность измерения увеличивается с увеличением количества мышей для PDX ( d ), CDX ( e ) и сингенных моделей ( f ). Для каждой уникальной модели лечения был получен ответ большинства n ( n  = 1, 3, 5, 7 по оси x) случайно выбранных мышей, чтобы увидеть, согласуется ли он с фактическим ответом большинства.Процедура была повторена 1000 раз, чтобы получить точность — процент времени (среднее ±   s.d.), когда они согласились — для 4 категорий ответов, невзвешенное среднее значение которых показано в ( г ). (hj): диаграмма Венна, показывающая перекрытие уникальных моделей лечения PDX, классифицированных как объективный ответ четырьмя категориальными методами в PDX ( h ), CDX ( i ) и сингенных моделях ( j ). Объективный ответ — OR в методе с 3 кошками, CR + PR в методах mRECIST и RECIST, MCR + CR + PR в методе с 5 кошками

Точность измерения увеличивается с увеличением количества мышей.Мы случайным образом отобрали n ( n  = 1, 3, 5, 7) мышей от всех мышей, получавших лечение, и получили ответ большинства, который затем сравнили с фактическим ответом большинства. Процедура была повторена 1000 раз для получения статистических результатов (рис. 1d-f). Точность увеличивается с количеством мышей для всех 4 категорий, а их невзвешенное среднее является самым высоким в CDX, что немного выше, чем в PDX, в то время как сингенные модели имеют гораздо более низкую точность (рис. 1g). Следовательно, для сингенных моделей требуется больше мышей, чтобы достичь такой же точности, как PDX/CDX.Например, точность сопоставима между сингенными исследованиями с 5 мышами на модель и исследованиями PDX/CDX с 1 мышью на модель. Подобные шаблоны также видны в трех других методах (дополнительный файл 1: рисунок S1-S3).

Все 4 метода классифицируют ответы на основе относительного объема опухоли (ОТО) на более поздний день по сравнению со днем ​​начала лечения, но отличаются конкретными пороговыми значениями. Таким образом, уникальная модель лечения может быть классифицирована по-разному. Мы обнаружили хорошее совпадение уникальных моделей лечения, классифицированных как объективный ответ, между 4 методами (рис.1h-j), и их частота объективных ответов (ЧОО) аналогична. (Дополнительный файл 1: Таблица S1). Тем не менее, существует множество моделей, уникальных только для некоторых методов, таких как OR, что предупреждает систематическую ошибку и применимость конкретного метода. Например, mRECIST учитывает усреднение уменьшения опухоли за определенный период времени, поэтому уникальная модель лечения может быть классифицирована как болезнь Паркинсона, даже если опухоль полностью исчезает в конце исследования (дополнительный файл 1: рисунок S4).

Определение количества мышей для непрерывного ответа

Эффективность лекарственного средства можно измерить по продолжительному ответу, некоторые из них являются прямой адаптацией клинических конечных точек (например,например, ВБП и ОВ), другие уникальны для исследований на мышах, в которых используются данные как по группам, получавшим носитель, так и по группам, получавшим лекарственное средство (например, соотношение RTV между группами, получающими препарат и носитель). Мы рассчитали ошибки оценки отношения PFS и RTV, рассчитанные для n ( n  = 1 к 9) мышей, случайно отобранных из ≥10 мышей в исследовании, и получили количественную взаимосвязь между ошибками оценки и количеством мышей (рис. 2 ). ) . Для каждого n мы получили эмпирическую кумулятивную функцию плотности (ECDF) относительно процентной ошибки оценки PFS для PDX, CDX и сингенных моделей (рис.2а-в), так и относительно абсолютной ошибки оценки отношения RTV для трех типов моделей (рис. 2д-ж). Большие ошибки оценки присущи малым размерам выборки, особенно для сингенных моделей. Например, процентная ошибка PFS превышает 20% для 63% сингенных мышей и примерно для половины мышей PDX/CDX (рис. 2d). Ошибки оценки резко уменьшаются при добавлении большего количества мышей, когда n мало. Что касается отношения RTV, 3 мыши в группе как с лекарственным средством, так и с носителем уже поднимают мышей с абсолютной ошибкой  < 0.2 от 60% до более чем 80% для PDX/CDX (рис. 2h). Аналогичные результаты справедливы и для других непрерывных конечных точек (дополнительный файл 1: рисунок S5).

Рис. 2

Определение количества мышей для непрерывных ответов. ( a-c ): Выживаемость без прогрессирования, или ВБП, рассчитанная для n мышей (n = 1–9), случайно отобранных из уникальной лечебной модели с участием не менее 10 мышей, показывает относительное отклонение от ВБП, рассчитанной для всех мышей в PDX ( a ), CDX ( b ) и сингенных моделей ( c ), ось x представляет собой процентную ошибку PFS, а ось y представляет собой эмпирическую кумулятивную функцию плотности (ECDF), оцененную из случайных выборок для каждого n .Процентная ошибка PFS уменьшается с увеличением количества мышей, и ошибка больше для сингенных моделей, чем для PDX/CDX. ( d ): Процент уникальных моделей лечения с процентной ошибкой менее 20% в 3 типах моделей мышей. ( e-g ): Соотношение RTV между группами препарата и носителя, рассчитанное для n мышей (n = 1 до 9), случайным образом выбранных из исследования с участием не менее 10 мышей в группах лекарственного средства и носителя, показывает отклонение от отношения RTV, рассчитанного из все мыши в обеих группах в PDX ( e ), CDX ( f ) и сингенных моделях ( g ), ось x представляет собой абсолютную ошибку, а ось y представляет собой эмпирическую кумулятивную функцию плотности (ECDF), рассчитанную из случайные выборки для каждого n.Абсолютная ошибка отношения RTV уменьшается с увеличением количества мышей, и ошибка больше для сингенных моделей, чем для PDX/CDX. ( h ): Процент исследований с абсолютной ошибкой менее 0,2 в 3 типах моделей на мышах

Моделирование MCT в виде кластерных лонгитюдных исследований

Эффективность лекарств удобно измерять с помощью категориальной или непрерывной конечной точки, но эти подходы также страдают от потери информации и других недостатков. Например, выбор дня для расчета коэффициента RTV и TGI несколько произволен; это добавляет логистическую нагрузку для сопоставления мышей с сопоставимым объемом опухоли в день начала лечения [24]; сложно бороться с выпадением мыши.Эти недостатки можно преодолеть, моделируя MCT как кластерные лонгитюдные исследования, в которых кластер состоит из всех мышей мышиной модели, поэтому они имеют общий геномный профиль и имеют более сходный ответ на лекарство. Каждая мышь находится в продольном исследовании. Можно показать, что рост опухоли у большинства мышей следует экспоненциальной кинетике (дополнительный файл 1: рисунок S6). Таким образом, мы можем смоделировать кластерные лонгитюдные исследования с помощью 3-уровневой линейной смешанной модели (LMM) на логарифмически преобразованных объемах опухоли (logTV) и дне (рис.3а). Существуют ковариаты, связанные с моделями мышей, такие как тип рака и геномные особенности, которые можно использовать для изучения различий в эффективности при раке и для обнаружения прогностических биомаркеров.

Рис. 3

Линейные смешанные модели (LMM) могут использоваться для моделирования сгруппированных лонгитюдных данных из MCT. ( a ) структура сгруппированных продольных данных для PDX в MCT. Ковариаты уровня PDX и уровня мыши могут быть включены в LMM. ( b ) Кривые среднего роста опухоли для 3 видов рака при лечении носителем и при лечении цисплатином.( c ) Статистические кривые мощности цисплатина МСТ. Мощность рассчитывается на уровне значимости α = 0,05, когда лечение цисплатином снижает скорость роста опухоли на 10–90%, т.е. 4 в материалах и методах. 10 цветных кривых на каждом графике обозначают количество мышей для каждого PDX в каждой группе

Мы используем один пример, чтобы продемонстрировать моделирование MCT с помощью LMM для оценки и сравнения эффективности. В этом MCT цисплатин — химиотерапевтический препарат — вводили 42 PDX (4 мг/кг, еженедельная доза в течение 3 недель), включая 13 пациентов с раком пищевода (ES), 21 рак желудка (GA) и 8 пациентов с раком легких (LU). каждый PDX с 5-9 мышами (дополнительный файл 1: рисунок S7).Мы сопоставляем данные об эффективности с помощью LMM (уравнение 3 в материалах и методах), который явно моделирует неоднородность скорости роста опухоли и неоднородность ответа на лекарство как на уровне PDX, так и на уровне мыши. Подгонка модели удовлетворительная (Таблица 1 , Дополнительный файл 1: Рисунок S8). Мы заключаем, что (1) при лечении носителем опухоль в ГА растет немного быстрее, чем в ЭС, тогда как рост опухоли намного быстрее в ЛУ; (2) цисплатин имеет сопоставимую эффективность в отношении 3 видов рака (значения p для β 5 и β 6 > 0.05). Результаты можно легко визуализировать из средних кривых роста для 3 видов рака ниже (рис. 3b).

Таблица 1 Параметры, оцененные для LMM (уравнение 3) набора данных по цисплатину

Статистическая мощность и определение размера выборки в MCT

Как и в клинических исследованиях, рациональный дизайн MCT требует расчета статистической мощности и определения размера выборки — количества модели мышей и количество мышей на модель мыши. Мы демонстрируем это в рамках LMM со следующими предположениями (1) сбалансированный дизайн n:n, в котором n (≥1) мышей в группах как с лекарственным средством, так и с носителем, и (2) 21-дневное исследование с опухолью объем измеряли в начале лечения, а затем дважды в неделю, чтобы получить 8 точек данных для каждой мыши.Эффективность лекарственного средства измеряется тем, насколько медикаментозное лечение замедляет рост опухоли (β 2 / β 1 в уравнении 4). Кривые мощности были получены путем компьютерного моделирования на основе параметров, полученных в результате подгонки набора данных цисплатина по уравнению. 4 (рис. 3в).

Мы заметили, что при одинаковом количестве PDX большее количество мышей на PDX дает лучшую статистическую мощность. Например, чтобы достичь мощности 80%, нам нужно около 28 PDX для дизайна 1:1 (по 1 мыши в группе с носителем и в группе лекарственного лечения) и 11 PDX для дизайна 3:3 (по 3 мыши в группе с носителем и в группе лекарственного лечения). наркологические группы).Что еще более важно, статистическая мощность сопоставима для дизайнов с одинаковым общим количеством мышей. Например, когда эффективность препарата составляет 20 %, то есть лекарство снижает скорость роста опухоли на 20 %, все следующие схемы достигают мощности 90 % при уровне значимости 0,05: 36 PDX с планом 1:1, 19 PDX с 2: 2, 13 PDX с форматом 3:3, 10 PDX с форматом 4:4 и т. д. Однако важно отметить, что такие схемы с одинаковой статистической мощностью и общим числом мышей имеют разные биологические последствия.Дизайн с большим количеством PDX, но меньшим количеством мышей или даже с одной мышью на PDX может дать лучшее представление и измерение межопухолевой неоднородности, в то время как дизайн с меньшим количеством PDX, но большим количеством мышей на PDX жертвует такой межопухолевой гетерогенностью ради дать более точное измерение эффективности препарата для каждого PDX. Это зависит от целей исследования, чтобы выбрать дизайн. Например, мы, вероятно, предпочитаем дизайн с большим количеством PDX и меньшим количеством мышей для обнаружения биомаркеров, потому что это даст нам более широкое представление о межопухолевой гетерогенности и больше наборов геномных данных для работы.В крайнем случае мы можем использовать план 1:1, если в распоряжении много PDX — подход 1x1x1 [6], в котором Gao et al. показали, что схема 1:1 эффективна при оценке биомаркеров и оценке эффективности. Но для проверки биомаркеров мы можем использовать дизайн с ограниченным числом выбранных моделей PDX, которые, по прогнозам, будут чувствительными или устойчивыми, и каждый PDX должен иметь относительно большое количество мышей, чтобы измерение эффективности было достаточно точным для оценки эффективности. биомаркера.Дизайн также ограничен доступными ресурсами, например, когда имеется только ограниченное количество подходящих PDX, например, PDX, несущих определенную мутацию, или PDX определенного подтипа, мы можем увеличить количество мышей на PDX для повышения статистической мощности. .

Мы также заметили, что требуется меньшее количество PDX, чтобы более мощное лекарство достигло такой же статистической мощности. Например, для достижения статистической мощности 80% при уровне значимости 0,05 по плану 3:3 нам потребуется около 40, 11 и 5 PDX для лекарств с эффективностью 10, 20 и 30% соответственно.Когда лекарство достаточно сильнодействующее, все конструкции n:n достигают высокой мощности с очень небольшим количеством PDX. В таких случаях мы используем большое количество PDX не для статистической мощности, а для лучшего представления гетерогенности опухоли.

Анализ выживаемости в МСТ

В клинических исследованиях обычно предполагается, что выживаемость пациентов не зависит друг от друга. В MCT это предположение больше не выполняется, потому что мыши теперь сгруппированы внутри PDX, а мыши с одним и тем же PDX, как правило, имеют более схожую продолжительность жизни, в то время как их продолжительность жизни между обработками сильно коррелирует (рис.4а). Кроме того, PDX могут сильно различаться по скорости роста (или опасности) и реакции на лекарство (дополнительный файл 1: рисунок S9). Поэтому мы используем аддитивную модель слабости для моделирования неоднородности опасности и эффективности лекарств в кластерной структуре популяции МСТ (см. уравнение 5 в материалах и методах). Аддитивная модель слабости является расширением модели пропорциональных рисков Кокса, широко используемой в клинических испытаниях. Он имеет два термина слабости: первый u i количественно определяет неоднородность скорости роста PDX, а второй v i измеряет неоднородность ответа на лекарство.

Рис. 4

Анализ выживаемости в МСТ с цисплатином. ( a ) Среднее время выживаемости без прогрессирования (PFS) PDXs при лечении цисплатином и носителем сильно коррелирует. Пунктирная линия — линии линейной регрессии, сплошная линия — линия с единичным наклоном. ( b ) Первый член слабости u i в уравнении. 5 положительно коррелирует со скоростью роста опухоли k c . ( c ) Кривые выживания при лечении цисплатином и носителем.Аддитивная модель слабости дает более точное соотношение рисков (HR), чем модель пропорциональных рисков Кокса, оценка которой составляет 0,36 (95% ДИ: 0,28–0,46). (d) Кривые статистической мощности при уровне значимости α = 0,05, когда отношение рисков составляет от 0,9 до 0,1 для анализа выживаемости. 10 цветных кривых на каждом графике обозначают количество мышей на PDX на плечо. Общая выживаемость (ОВ) определяется как время утроения объема опухоли.Мы подгоняем набор данных цисплатина MCT по уравнению. 5, и обнаружили, что оба термина слабости значительно превышают 0 (критерий Вальда p — значение < 0,05), что доказывает, что PDX растут с разной скоростью и по-разному реагируют на цисплатин. Фактически, как и ожидалось, первый срок слабости u i отрицательно коррелирует со скоростью роста опухоли в группе, получавшей носитель (R 2  = 0,85, рис. 4b).

Эффективность лекарственного средства можно оценить более точно, исключив влияние гетерогенности роста опухоли и приняв во внимание гетерогенность ответа на лекарство, которая измеряется вторым термином слабости v i .Действительно, отношение рисков (HR) оценивается в 0,21 (95% ДИ: 0,15–0,31), что намного меньше, чем полученное из модели пропорциональных рисков Кокса, которая дает HR  =  0,36 (95% ДИ, 0,28–0,46) ( Рис. 4в). Эти результаты показывают, что без учета гетерогенности PDX эффект препарата может быть сильно недооценен.

Мы выполнили анализ статистической мощности для анализа выживаемости, приняв планы n:n и используя параметры, оцененные по МСТ цисплатина с функциями риска Вейбулла (рис.4г). Как и в LMM, статистическая мощность одинакова для планов с одинаковым общим количеством мышей.

Обнаружение биомаркеров в MCT

Геномная корреляция с эффективностью цетуксимаба при солидных опухолях хорошо задокументирована [13], и ранее мы сообщали о MCT для когорты из 20 PDX для рака желудка, в каждой из которых 3–10 мышей получали носитель и цетуксимаб. лечебные руки. Мы обнаружили, что экспрессия EGFR является прогностическим биомаркером для цетуксимаба при раке желудка [19]. Когорта теперь расширена до 27 PDX (дополнительный файл 1: рисунок S10).Мы наблюдали сильную корреляцию между экспрессией EGFR и эффективностью препарата, измеряемой ингибированием роста опухоли или TGI (рис. 5а). Когда все 18 586 генов были ранжированы от высокого к низкому по абсолютному значению коэффициента корреляции между их экспрессией и TGI, EGFR занял 157-е место среди всех этих генов, демонстрируя, что такие простые методы обнаружения биомаркеров могут давать много ложноположительных результатов с, казалось бы, лучшей предсказуемостью. чем истинный биомаркер.

Рис. 5

Открытие биомаркеров и исследование MoA в МСТ.(a-b): MCT 27 PDXs рака желудка, получавших цетуксимаб. EGFR занимает 157-е место среди всех генов на основе ранговой корреляции Спирмена между экспрессией EGFR и TGI ( и ), но является лучшим геном в прогнозировании эффективности цетуксимаба на основе линейной смешанной модели (LMM) ( b ). ( c-e ): MCT из 16 PDX, обработанных внутрибрюшинной инъекцией иринотекана (100 мг/кг, один раз в неделю в течение 2–3 недель). ( c ): R-HAS-160170, путь клеточного цикла в базе данных Reactome2016, неизменно оценивается как наиболее обогащенный путь с 100–2000 лучших генов, выбранных с помощью LMM, превосходящих лучшие гены, выбранные методами, основанными на категориальных конечных точках. (т.е.(например, RECIST, таблица S2) и непрерывные конечные точки (например, TGI). ( d ): инициация репликации ДНК (GO: 0006270) является наиболее богатым термином GO, основанным на лучших генах, выбранных LMM. ( e ): Высокообогащенная сеть белок-белковых взаимодействий ( p — значение < 10 − 16 ) состояла из 23 генов из 100 лучших генов, выбранных LMM. Узлы красного цвета участвуют в клеточном цикле (GO: 0007049). Пунктирные горизонтальные линии в ( c-d ) обозначают значение p = 0.01. ( f ): средние кривые роста опухоли для PDX с самой высокой и самой низкой экспрессией мРНК ERCC1 в MCT 21 желудочного PDX, обработанных цисплатином

Мы использовали LMM, который явно моделирует влияние гена на рост опухоли, чтобы соответствовать эффективности данные (уравнение 6 в материалах и методах). EGFR выделяется как наиболее значимый ген, и его значение p , составляющее 1,5 × 10 − 23 , по меньшей мере на пять порядков меньше, чем у всех других генов (рис. 5b). EGFR как прогностический биомаркер для цетуксимаба при раке желудка подтверждается клиническими испытаниями фазы 2 [25] и клиническими испытаниями фазы 3 с повторной интерпретацией данных (дополнительный файл 1: рисунок S11) [26].Это исследование показывает, что простой анализ может дать много ложноположительных результатов, что затруднит обнаружение биомаркеров, особенно когда мишень лекарственного средства неизвестна или существуют нецелевые эффекты, в то время как более сложный метод LMM может быть лучше в обнаружении биомаркеров.

Исследование механизма действия в МСТ

МСТ используются для оценки эффективности лекарств и обнаружения биомаркеров, последнее может быть облегчено путем лучшего понимания механизма действия лекарств (MoA), что помогает идентифицировать соответствующие гены, пути и наборы генов , и удалить ложноположительные гены, которые могут иметь более высокую статистическую значимость, т.е.е. более низкие p -значения, в некотором анализе. Биомаркеры, сконструированные из генов, отобранных таким образом, имеют явную биологическую значимость и часто являются предпочтительными.

Имея легкодоступные геномные данные и данные об эффективности от MCT, можно легко проводить исследования MoA. Как и при открытии биомаркеров, простые категориальные и непрерывные конечные точки, как общий итог эффективности, имеют различные недостатки. Например, 4 категориальных метода измеряют эффективность только в группе медикаментозного лечения, игнорируя относительную эффективность препарата и носителя.Соотношение RTV и TGI зависят от дня расчета и скорости роста опухоли (дополнительный файл 1: рисунок S12). Опять же, мы можем использовать LMM для лучшего изучения MoA, как показано в примере ниже.

Иринотекан является ингибитором ДНК-топоизомеразы I, который прерывает клеточный цикл в S-фазе, необратимо останавливая репликативную вилку, что вызывает гибель клеток [27]. Мы провели MCT для 16 PDX (дополнительный файл 1: рисунок S13), каждый PDX с 3–10 мышами. Мы смоделировали влияние экспрессии генов на эффективность лекарств с помощью LMM (уравнение6). Гены с самым высоким рейтингом были высоко обогащены для пути клеточного цикла R-HSA-160170 в базе данных Reactome 2016 (рис. 5c) и для инициации репликации ДНК (аннотация Gene Ontology GO: 0006270) (рис. 5d), что прекрасно показывает MoA для иринотекана. Высокосвязанная сеть белок-белковых взаимодействий для клеточного цикла также идентифицирована из 100 генов высшего ранга (Fig. 5e). Напротив, методы на основе конечных точек гораздо менее информативны (рис. 5c-d, дополнительный файл 1: таблица S2-S4).

МСТ могут объяснить парадоксальные результаты клинических испытаний

Существуют противоречивые отчеты о клинических испытаниях относительно роли экспрессии ERCC1 в прогнозировании лечения цисплатином рака желудка: некоторые утверждают, что пациенты получают больше пользы от низкой экспрессии ERCC1 [28,29,30,31,32 ], одни утверждали обратное [33,34,35], а третьи вообще не находили связи [36].

В предыдущем разделе мы описали MCT цисплатина, который включал 21 PDX рака желудка. Мы подгоняем данные об объеме опухоли по уравнению. 6. Параметр β 2 количественно определяет, как экспрессия ERCC1 влияет на рост опухоли при отсутствии лекарственного вмешательства, как видно из кривых роста носителя (рис. 5f). Параметр β 4 оценивает, как экспрессия ERCC1 влияет на эффективность цисплатина в отношении роста опухоли, как видно из сравнения кривых роста цисплатина с соответствующими кривыми роста носителя.Эти два параметра имеют сопоставимую величину, но с противоположными знаками ( β 2 = − 0,0155 и β 4 = 0,0136). Следовательно, когда экспрессия ERCC1 становится выше, опухоль растет медленнее, но польза от лечения цисплатином также меньше (рис. 5f).

В клинических испытаниях у пациентов с низкой/отрицательной экспрессией ERCC1 прогноз был бы хуже, если бы они не получали лечения, и они могли бы получить больше пользы от лечения цисплатином.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.