หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมหนูจำลองที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม ( GEMM ) [ ^{1 ] หรือ}หนูทรานส์เจนิกคือหนู ( Mus musculus ) ที่ได้รับ การเปลี่ยนแปลง จีโนมโดยใช้ เทคนิค ทางวิศวกรรมพันธุกรรมหนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมมักใช้ในการวิจัยหรือเป็นแบบจำลองสัตว์ของโรคในมนุษย์ และยังใช้ในการวิจัยเกี่ยวกับยีนอีกด้วย ร่วมกับซีโนกราฟต์ที่ได้จากผู้ป่วย (PDXs) GEMM เป็นแบบจำลอง ในร่างกายที่พบได้บ่อยที่สุดในการวิจัยมะเร็งแนวทางทั้งสองถือว่าเสริมกันและอาจใช้เพื่อจำลองลักษณะต่างๆ ของโรค^{[ 2 ]} GEMM ยังเป็นที่น่าสนใจอย่างมากสำหรับการพัฒนายาเนื่องจากช่วยอำนวยความสะดวกในการตรวจสอบเป้าหมายและการศึกษาการตอบสนอง ความต้านทาน ความเป็นพิษ และเภสัชพลศาสตร์^{[ 3 ]}

ในปี พ.ศ. 2517 Beatrice MintzและRudolf Jaenischได้สร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมตัวแรกโดยการแทรกไวรัส DNA เข้าไปในตัวอ่อน หนูในระยะเริ่มต้น และแสดงให้เห็นว่ายีนที่แทรกเข้าไปนั้นมีอยู่ในทุกเซลล์^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม หนูเหล่านี้ไม่ได้ส่งต่อยีนดัดแปลงไปยังลูกหลาน ดังนั้นผลกระทบและการประยุกต์ใช้ของการทดลองนี้จึงมีจำกัด ในปี พ.ศ. 2524 ห้องปฏิบัติการของFrank Ruddle ^{[ 5 ]}จากมหาวิทยาลัยเยล , Frank Costantini และ Elizabeth Lacy จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดและRalph L. Brinsterและ Richard Palmiter ร่วมมือกันจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียและมหาวิทยาลัยวอชิงตันได้ฉีด DNA บริสุทธิ์เข้าไปในตัวอ่อนหนูเซลล์เดียวโดยใช้เทคนิคที่ Brinster พัฒนาขึ้นในช่วงปี พ.ศ. 2503 และ พ.ศ. 2513 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการส่งต่อสารพันธุกรรมไปยังรุ่นต่อๆ ไปเป็นครั้งแรก^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}ในช่วงทศวรรษ 1980 Palmiter และ Brinster ได้พัฒนาและเป็นผู้นำในสาขาการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม โดยปรับปรุงวิธี การดัดแปลง เชื้อพันธุ์และใช้เทคนิคเหล่านี้เพื่ออธิบายกิจกรรมและหน้าที่ของยีนในแบบที่ไม่สามารถทำได้มาก่อนด้วยวิธีการเฉพาะของพวกเขา^{[ 9 ]}

มีวิธีการทางเทคนิคพื้นฐานสองวิธีในการผลิตหนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม วิธีแรกเกี่ยวข้องกับการฉีดโปรนิวเคลียสซึ่งเป็นเทคนิคที่พัฒนาและปรับปรุงโดยRalph L. Brinsterในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 เข้าไปในเซลล์เดียวของตัวอ่อนหนู ซึ่งจะรวมเข้ากับจีโนมของหนูแบบสุ่ม^{[ 10 ]}วิธีนี้สร้าง หนู ทรานส์เจนิกและใช้ในการแทรกข้อมูลทางพันธุกรรมใหม่เข้าไปในจีโนมของหนูหรือเพื่อแสดงออก ยีน ภายใน มากเกินไป วิธีที่สอง ซึ่งบุกเบิกโดยOliver SmithiesและMario Capecchiเกี่ยวข้องกับการดัดแปลงเซลล์ต้นกำเนิดของตัวอ่อนด้วยโครงสร้าง DNAที่มีลำดับ DNA ที่เป็น โฮโมล็อก กับ ยีนเป้าหมาย เซลล์ต้นกำเนิดของตัวอ่อนที่รวมตัวกับ DNA จีโนมจะถูกคัดเลือก จากนั้นจะถูกฉีดเข้าไปในบลาสโตซิสต์ ของหนู หรือใช้ในการทดสอบการเสริม Tetraploidซึ่งเป็นวิธีการที่ขจัดความจำเป็นในการฉีดไมโครอย่างสิ้นเชิง^{[ 11 ] [ 12 ]}วิธีนี้ใช้ในการดัดแปลงยีนเดี่ยว โดยส่วนใหญ่คือการ "น็อคเอาท์"ยีนเป้าหมาย แม้ว่าการดัดแปลงพันธุกรรมที่ละเอียดอ่อนและซับซ้อนมากขึ้นจะเกิดขึ้นได้ (เช่น การทำให้โปรตีนเฉพาะเป็นแบบมนุษย์ หรือการเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์ เดี่ยว ) หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมให้มีลักษณะคล้ายมนุษย์ยังสามารถสร้างได้โดยการเพิ่มยีนของมนุษย์โดยตรง ทำให้เกิดลูกผสม ระหว่าง มนุษย์และสัตว์ในรูปแบบของหนูตัวอย่างเช่น หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมอาจเกิดมาพร้อมกับ ยีน แอนติเจนเม็ดเลือดขาวของมนุษย์เพื่อให้สภาพแวดล้อมที่สมจริงมากขึ้นเมื่อนำเซลล์เม็ดเลือดขาว ของมนุษย์ เข้าไปในตัวหนูเพื่อศึกษาการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน^{[ 13 ]}การประยุกต์ใช้อย่างหนึ่งคือการระบุเปปไทด์ของไวรัสตับอักเสบซี (HCV) ที่จับกับ HLA และสามารถจดจำได้โดยระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์ ซึ่งอาจเป็นเป้าหมายสำหรับวัคซีนป้องกัน HCV ในอนาคต^{[ 14 ]}

หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการวิจัยในฐานะแบบจำลองของโรคในมนุษย์^{[ 15 ]}หนูเป็นแบบจำลองที่มีประโยชน์สำหรับการจัดการและการวิจัยทางพันธุกรรม เนื่องจากเนื้อเยื่อและอวัยวะ ของพวกมัน คล้ายคลึงกับของมนุษย์ และพวกมันมียีนเกือบทั้งหมดที่ทำงานในมนุษย์^{[ 16 ]}พวกมันยังมีข้อดีเหนือสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดอื่น ๆ ในด้านการวิจัย เนื่องจากมีสายพันธุ์ที่เหมือนกันทางพันธุกรรมหลายร้อยสายพันธุ์^{[ 16 ]}นอกจากนี้ ด้วยขนาดของพวกมัน พวกมันสามารถเลี้ยงและเก็บรักษาได้ในจำนวนมาก ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการวิจัยและการทดลอง^{[ 16 ]}หนูทรานส์เจนิกพบได้ในสองแบบจำลองหลัก ได้แก่ การสูญเสียหรือการเพิ่มฟังก์ชัน ประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือหนูที่สูญเสียฟังก์ชันหรือหนูน็อคเอาท์ซึ่งกิจกรรมของยีนเดียว (หรือในบางกรณีหลายยีน) ถูกกำจัดหรือปิดการทำงาน ในทางกลับกัน หนูที่เพิ่มฟังก์ชันจะมีการแสดงออกของยีนเฉพาะมากเกินไป^{[ 17 ]}มีการใช้หนูเหล่านี้เพื่อศึกษาและสร้างแบบจำลองโรคอ้วน โรคหัวใจ โรคเบาหวาน โรคข้ออักเสบ การใช้สารเสพติด ความวิตกกังวล ความชรา อุณหภูมิ การรับรู้ความเจ็บปวด และโรคพาร์กินสัน [ ^{18 ] [ 19 ] หนู}ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมยังสามารถแบ่งออกเป็นแบบจำลองหนูแบบคงที่ ซึ่งยีนเป้าหมายจะถูกเปิดใช้งานหรือปิดใช้งานอย่างถาวรในเซลล์ทั้งหมดของสัตว์ หรือแบบจำลองหนูแบบมีเงื่อนไข ซึ่งยีนที่ถูกน็อคเอาท์หรือยีนที่แสดงออกมากเกินไปสามารถควบคุมได้ในลักษณะเชิงพื้นที่และเวลา ซึ่งทำให้สามารถกำหนดเป้าหมายเซลล์ประเภทใดประเภทหนึ่งหรือกลุ่มย่อยในสัตว์ได้ตั้งแต่เวลาใดเวลาหนึ่งในชีวิตของสัตว์^{[ 17 ]}

หนูทรานส์เจนิกที่สร้างขึ้นเพื่อบรรจุยีนมะเร็ง ที่ถูกโคลน และหนูน็อคเอาท์ที่ขาดยีนยับยั้งเนื้องอกได้ให้แบบจำลองที่ดีสำหรับมะเร็งในมนุษย์[ 20 ^{] [ 21 ]หนูออ}นโคไมซ์เหล่านี้หลายร้อยตัวได้รับการพัฒนาครอบคลุมมะเร็งหลากหลายชนิดที่ส่งผลกระทบต่ออวัยวะส่วนใหญ่ของร่างกาย และกำลังได้รับการปรับปรุงให้เป็นตัวแทนของมะเร็งในมนุษย์มากขึ้น^{[ 9 ]}อาการของโรคและยาหรือการรักษาที่มีศักยภาพสามารถทดสอบกับแบบจำลองหนูเหล่านี้ได้

หนูตัวหนึ่งได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมให้มีการเจริญเติบโตและความแข็งแรงของกล้ามเนื้อเพิ่มขึ้นโดยการแสดงออกของอินซูลินไลค์โกรทแฟคเตอร์ I (IGF-I) มากเกินไปในเส้นใยกล้ามเนื้อที่แตก ต่างกัน ^{[ 22 ] [ 23 ]}หนูอีกตัวหนึ่งได้รับการเปลี่ยนแปลงยีนที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญกลูโคสและวิ่งได้เร็วขึ้น มีอายุยืนยาวขึ้น มีกิจกรรมทางเพศมากขึ้น และกินอาหารมากขึ้นโดยไม่อ้วนกว่าหนูทั่วไป (ดู หนูซูเปอร์เมตาบอลิก ) ^{[ 24 ] [ 25 ]}หนูอีกตัวหนึ่งได้รับ การปิดกั้นหรือกำจัด ตัวรับ TRPM8ในการศึกษาที่เกี่ยวข้องกับแคปไซซินและเมนทอล[ ^{19 ] เมื่อ}กำจัดตัวรับ TRPM8 แล้ว หนูจะไม่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของอุณหภูมิและความเจ็บปวดที่เกี่ยวข้องได้^{[ 19 ]}

ควรใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งเมื่อตัดสินใจว่าจะใช้หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมในการวิจัยอย่างไร^{[ 26 ]}แม้แต่ประเด็นพื้นฐานอย่างการเลือกหนูควบคุม "สายพันธุ์ป่า" ที่ถูกต้องเพื่อใช้ในการเปรียบเทียบก็อาจถูกมองข้ามไปบ้าง^{[ 27 ]}

หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมเป็นเครื่องมือสำคัญในการวิจัยทางชีวการแพทย์และเภสัชวิทยา เนื่องจากช่วยให้สามารถตรวจสอบยีนเฉพาะได้ แบบจำลองเหล่านี้อำนวยความสะดวกในการค้นพบเป้าหมายการรักษาใหม่ๆ และช่วยให้คาดการณ์การตอบสนองต่อการรักษาได้ดีขึ้น จึงลดความเสี่ยงที่จะล้มเหลวในการทดลองทางคลินิก อย่างไรก็ตาม มีข้อจำกัดที่สำคัญอยู่หลายประการ ได้แก่ หนูเหล่านี้ไม่ได้จำลองความซับซ้อนของพยาธิสภาพของมนุษย์ได้อย่างแม่นยำเสมอไป ผลลัพธ์ที่ได้จากหนูไม่ได้นำไปใช้กับมนุษย์โดยตรงเสมอไป และความแตกต่างทางชีวภาพระหว่างสายพันธุ์อาจทำให้การตีความข้อมูลซับซ้อนขึ้น^{[ 28 ]}

• หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมให้มีลักษณะคล้ายมนุษย์
• คริสเปอร์-แคส9
• แบบจำลองสัตว์
• เคร-ลอกซ์
• การแก้ไขยีน
• การทดสอบการเสริมสมบูรณ์ของเทตราพลอยด์

• สารสนเทศจีโนมหนู (informatics.jax.org)
• หน่วยพันธุศาสตร์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ฮาร์เวลล์: แบบจำลองหนูสำหรับโรคในมนุษย์