Eksperimentalno modeliranje osteoartritisa pri živalih

K.R.N. Pritzker (1994) je definirana eksperimentalni model katerekoli bolezni pri živalih kot "homogeno skupino živali, v katerem je dedna, naravno pridobljene ali eksperimentalno induciranega biološki proces je predmet znanstvenih raziskav, da eden ali več parametrov, ki so podobne bolezni pri ljudeh." Osteoartritis živalski modeli so uporabni za preučevanje razvoja strukturnih sprememb v sklepnih tkivih ugotoviti, kako različni dejavniki tveganja, ki jih sprožijo ali prispevajo k nastanku teh sprememb, kakor tudi za vrednotenje terapevtskih ukrepov, ki se uporabljajo. Treba je opozoriti, da osteoartritis - bolezen nihče tkiva - hrustanec, in vse prizadete sklepnih tkivih, zlasti na subchondral kosti, sinovialni ovojnici, meniskus, ligamente, periartikularne mišicah in dovodni končičev, ki ležijo zunaj in znotraj sklepne kapsule. Tekoče študije farmakoloških dejavnikov na živalskih modelih se osredotočajo predvsem na njihov vpliv na sklepni hrustanec. Na eksperimentalnih modelih ni mogoče oceniti glavnega simptoma osteoartritisa pri ljudeh - bolečine v sklepih. Hkrati je v simulaciji osteoartritisa pri živalih ne upošteva številnih pomembnih dejavnikov, ki prispevajo k razvoju in napredovanje osteoartritisa (npr vertikalni položaj telesa, oslabelost periartikularne mišice in drugi.).

Seveda je najbolj očiten model bolezni tisti, ki ima največjo podobnost s spremembami človeškega osteoartritisa. Najbolj zanimivi modeli osteoartroze pri živalih so predstavljeni v študijah učinkovitosti DMOAD (zdravila za spremljanje bolezni, ki spreminjajo OA). Kljub dejstvu, da številna zdravila v tej skupini preprečujejo ali upočasnijo napredovanje eksperimentalno povzročenega ali spontanega osteoartritisa pri živalih, so se pri preučevanju njihovih učinkov pri ljudeh vse izkazale za neučinkovite.

Modeli osteoartritisa pri živalih

Mehanizem modeliranja	Vrsta živali	Inducirni faktor / sredstvo	Vir
Spontani osteoartritis	Gvinejski prašiči	Starost / prekomerna telesna teža	Bendele AM etal., 1989
	Miške STR / ORT, STR / INS	Genetska nagnjenost	Gupta EP et al., 1993 Dunham J. Etal., 1989 Dunham J. Etal., 1990
	Črna miška C57	Genetska nagnjenost	OkabeT., 1989 StabescyR. Et al., 1993 Takahama A. 1990 van der Kraan PM et al., 1990
	Miši	Mutacija kolagena II	GarofaloS. Etal., 1991
	Miši	Mutacija kolagena IX	NakataK. Etal, 1993
	Psi	Hip displazija	SmaleG. Etal., 1995
	Primates	Genetska nagnjenost	Alexander CJ, 1994 Carlson CS etal., 1994 ChateauvertJ.M. Etal., 1990
Kemijski inducirani osteoartritis	Piščanci	Iodoacetat v / s *	Kalbhen DA, 1987
	Kunci	Papain v / s	MarcelonG. Et al., 1976 CoulaisY. Et al., 1983 CoulaisY. Et al., 1984
	Gvinejski prašiči	Papain v / s	TanakaH. Etal., 1992
	Psi	Chymopapain in / s	Leipold HR etal., 1989
	Miši	Papain v / s	Van der Kraan PM et al., 1989
	Miši	Kolagenaza v / z	Van der Kraan PM et al., 1989
	Miši	TGF-R w / s	Van den Berg WB. 1995
	Kunci	Hipertonska raztopina NaCl	VasilevV. Etal .. 1992
Fizični (kirurški) indukcijski roving osteoartritis	Psi	Presečišče prednje križne vezi (enostransko)	Marshall JL etal., 1971 Brandt KD, 1994
	Psi	Presečišče prednje križne vezi (dvostransko)	Marshall KW. Chan AD, 1996
	Kunci	Križni sprednji križni ligament	Christensen SB, 1983 VignonE. Etal., 1991
	Ovce	Meniskektomija	Ghosh P. Etal., 1993
	Kunci	Meniskektomija	FamA.G. Etal., 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Gvinejski prašiči	Meniskektomija	Bendele AM, 1987
	Gvinejski prašiči	Myoectomy	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. Etal., 1987 Dedrick DK etal., 1991
	Kunci	Kontuzija patella	OegemaT.RJ, etal., 1993 MazieresB. Etal., 1990
	Kunci	Imobilizacija	Langenskiold A. In ostali, 1979 Videman, 1982, 1982
	Psi	Imobilizacija	Howell DS et al., 1992 Ratcliffe A. In ostali, 1994 PalmoskiM., Brandt KD, 1981
	Psi	Denervacija z nadaljnjim presečiščem sprednjega križnega vezi	VilenskyJA et al., 1994

* v / s - intraartikularno.

Fizično in kemično povzročeni modeli osteoartroze so zelo priljubljeni v sedanjem času, vendar raje odražajo procese, ki so opaženi pri sekundarnem osteoartritisu pri ljudeh kot v idiopatskih. Alternativa je model spontanega osteoartritisa pri bipedalnih primatih in četrtih živalih.

Nekateri avtorji so zelo skeptični pri modeliranju osteoartritisa pri živalih na splošno. Torej, po mnenju MEJ Billingham (1998), uporaba modelov za odkrivanje zdravil, ki spreminjajo osteoartritis, je "... Draga pustolovščina".

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]

Modeli spontanega osteoartritisa

Praktično vsa vbrizgana linija miši razvije osteoartritis različne stopnje in lokalizacije. Najvišja pojavnost osteoartritis in najbolj hudo potek bolezni pri miših, linij STR / regije in STR / INS. Med STR / ORT miši je bolezen pogostejša, pri moških je hujša kot pri ženskah. Primarna poškodba sklepnega hrustanca se razvije v medialnem delu plašča golenice. Predpostavljeno je bilo, da se pojava sprememb v hrustanca pogačice nahaja pred mešanjem, vendar RG Evans et al (1994) in S. Collins et al (1994) je pokazala, da so vse miši te poškodbe linija hrustanca razvili do 11 mesecev, toda sploh ne zazna premični patelarne . Isti avtorji so ugotovili, da spremembe sklepnega hrustanca pri miših STR / regije linij pogosto pred hondrocitov-osteoblastnimi celično metaplazijo na kite in vezi okoli prizadetih kolenskih vezi, kar kaže na prednost teh sprememb v patogenezo osteoartritisa v tem modelu. Možno je, da je primarni kalcifikacija vezi in kit spreminja mehansko pritisk na strukture znotraj sklepni in nadaljnjih sprememb sklepnega hrustanca odraža poskus, da se ohrani normalno obremenitev spoja. Za razliko od modelov uporabljajo morski prašički in opicah, katerih uničenja hrustanca pred spremembe subchondral kosti pri miših STR / ORT linije in STR / INS prikaže subchondral skleroza kasneje.

Prednost tega modela osteoartritisa je majhna velikost živali, ki zahteva minimalne stroške testnega farmakološkega sredstva. Vendar pa je velikost tudi pomanjkljivost, ker je pri miših težka biokemična, patohistološka analiza hrustanca.

Raziskave A.M. Bendele, JE Hulman (1988), A.M. Bendel in sodelavci (1989), kot tudi SCR Meacock et al (1990), ki je namenjena študiju naravne zgodovine spontanega osteoartritisa v morskih prašičkih, okrepilo zanimanje za ta model bolezni. Od starosti 13 mesecev imajo vsi moški morski prašiči iz linije Dunkin Hurtley degeneracijo sklepnega hrustanca. Podobne spremembe pri ženskah so nekoliko kasneje in so blažji. V starosti enega leta je v medialnem kondilu stegnenice in ploščice golenice opazena popolna izguba sklepnega hrustanca. Povečana telesne mase morskega svinoklinii Dunkin Hurtley poslabšuje zmanjšanje teže bolezni in telesa na manj kot 900 g in izboljšuje potek osteoartritisa. Pri starosti 8 tednov so v tem modelu opazili spremembe v subhondralni kosti, tj. Slednji so pred poškodbami hrustanca. Spremembe križnih vezi na kolenskih sklepih lahko pospešijo preoblikovanje kostnega tkiva.

Spontani osteoartritis se razvije v opicah ryusa in cynomolgus. Zelo pomembna prednost primatov nad drugimi živalmi, ki se uporabljajo za izdelavo eksperimentalnega modela osteoartritisa, je biped. Bolezen se razvije pri posameznikih srednje / starosti. Zgodnji histološki izsledki so zgoščevanje subhondralne kosti, čemur sledi fragmentacija sklepnega hrustanca na medialni plošči bolebelične kosti. Kasneje je v proces vključena stranska plošča. Omeniti velja, da se degeneracija sklepnega hrustanca začne razvijati šele po tem, ko debelina subhondralne kosti doseže 400 μm. Povečanje razširjenosti in resnosti osteoartritisa pri makakih se dogaja s starostjo, vendar pa na te parametre ne vpliva spol in telesna masa. Do sedaj niso bili uporabljeni modeli osteoartritisa pri primatih za proučevanje učinkovitosti DMOADov.

Modeli fizično (kirurško) povzročenega osteoartritisa

Modeli osteoartritisa, ki temeljijo na kirurško povzročeni razrahljanju kolenskih sklepov, s spreminjanjem mehanskega pritiska na njih, se najpogosteje uporabljajo pri psih in kuncih. Najpogostejši model je presečišče križnega veziva pri psih. Pri ustvarjanju kirurško modela osteoartritisa kuncev z uporabo delovanja z sečišča z izrezu križnih vezi in medialno zavarovanja vezi ali brez, z delno ali popolno meniscectomy, kirurški pretrg meniska. Gvinejski prašiči opisujejo kirurške modele osteoartritisa, ki nastanejo s križanjem križnih in povezovalnih vezi, delne meniscektomije. Delna meniskakomija v morskih prašičkih povzroči nastanek osteofitov v trajanju 2 tednov in čezmerno degeneracijo sklepnega hrustanca 6 tednov.

Do nedavnega model osteoartritisa pri psih, ki se razvijejo po prečkanju sprednje križne ligament, skeptični v odsotnosti razjede hrustanca in znatno napredovanje bolezni opazili v osteoartritisom pri ljudeh. JL Marshall, in S. - E. Olsson (1971) je pokazala, da spremembe v tkivih kolenskega sklepa pri psih po 2 letih po operaciji skoraj ne razlikujejo od registriranih takoj zatem. Avtorji predlagal, da mehanski dejavniki (npr fibroza skupnega kapsule in oblikovanje osteofiti) stabilizira neurejeno po kolenskega sklepa operaciji in preprečitev nadaljnjega napredovanja uničenje sklepnega hrustanca. Predlagano je bilo tudi, da preuči ta model model škode in popravilo hrustanca, namesto modela osteoartritisa. Vendar pa so rezultati raziskav, ki jih KD Brandt et al (1991), ki je več študiral dinamiko sprememb v tkivih kolena, s presekom sprednje križne vezi destabiliziralo izvajajo, zavrača predpostavko prejšnjih avtorjev.

S.A. MCDEVITT in sodelavci (1973, 1977) je pokazala, da je v prvih dneh po prehodu križnih vezi poveča sintezo proteoglikan preko hondrocitov sklepnega hrustanca. V 64 tednih po indukciji kirurškimi nestabilnosti debeline kolenskega hrustanca višja kot normalna, čeprav biokemičnih, metaboličnih in histološke spremembe pa ustrezajo tistim pri osteoartritisu. To odebelitev hrustanca povezana s povečano sintezo proteoglikanov in njihove visoke koncentracije v sklepnega hrustanca. Uporaba magnetno resonanco (MPT), ME Adams in KD Brandt (1991) so pokazali, da se po prehodu križnih vezi hipertrofija hrustanca vzdržuje 36 mesecev v prihodnosti postopno izgubo hrustanca, tako da po 45 mesecih večji del sklepne površine brez slehernega hrustanca. Morfološki pregled hrustanca 54 mesecev po operaciji je potrdil rezultate MRI. Tako M.E. Adams in KD Brandt (1991) so pokazale, da se kirurško sproženo nestabilnost kolenskega sklepa pri psih lahko šteje za model OA.

Pojav hipertrofičnega popravila sklepnega hrustanca dobro ilustrira zgoraj opisani model osteoartritisa pri psih. Vendar pa je znano, da je ta pojav ne samo po sebi. Hipertrofija sklepnega hrustanca, ki je bila po naravi reparativna, je bila najprej opisana pri bolnikih z osteoartritisom EGL Bywaters (1937) in kasneje LC Johnson. To se zazna tudi pri drugih modelih osteoartritisa - pri kuncih po delni meniscectomy (Vignon E. Et al, 1983)., Rhesus opicah hipertrofija hrustanca spontano razvije.

Datum opis patogenezi je usmerjena predvsem v postopnem "izguba" hrustanca, vendar avtorji pogosto gledajo njeno zgoščevanje in povečano sintezo proteoglikanov, ki ustreza homeostatski faza stabiliziran osteoartritisa. Med to fazo popravilo hrustanca nadomesti izgubo in lahko dolgo ohrani sklep v funkcionalnem stanju. Vendar popravljalni tkiva pogosto ne morejo soočiti z njeno pooblaščeno mehanske obremenitve, kot jih ima zdravega sklepnega hrustanca, kar privede do nezmožnosti za vzdrževanje normalne hondrocitov matrični sestavek in zmanjša sintezo proteoglikanov. Končna stopnja osteoartritisa se razvija.

Preučevanje Charcot artropatije je povzročila, da pospeši metodo simulacije nevrogenega kirurško inducirano osteoartritisom. Charcot artropatija je značilna huda propad sklepov, izraziti "miši", izliv v skupno, vezi nestabilnosti, tvorbo nove kosti in hrustanca v sklepu. Splošni koncept patogenezo Charcot artropatiji (neurogenim) se prekine, zaznavanje signalov iz proprioceptors in nociceptorjih udi v centralnem živčnem sistemu (CNS). Da bi pospešili napredovanje osteoartritisa s presekom sprednje križne vezi pri psih sprožene pred operacijo ali izrezu delujejo gangliyektomiyu živec innervating spoj, ki vodi do pojava hrustanca erozij že v prvem tednu po operaciji. Zanimivo je, da novi DMOAD diacerin je izkazalo za učinkovito, kadar se uporablja v počasi progresivno (nevrološko intaktnih) osteoartritis modelov, vendar z nevrogenim pospešenem osteoartritisom je poskusno zdravilo neučinkovito.

Na koncu je treba poudariti, da je mogoče v celoti oceniti identitete eksperimentalnega modela osteoartritisa in osteoartritisa pri ljudeh, saj je etiologija in patogeneza natančnih mehanizmov bolezni doslej niso pojasnili. Kot je bilo že navedeno, je glavna naloga uporabe eksperimentalnih modelov osteoartritisa pri živalih njihova uporaba pri vrednotenju učinkovitosti novih zdravil, predvsem skupine "spreminjanja bolezni". Prav tako ni mogoče določiti verjetnosti, da rezultati zdravljenja živali sovpadajo z rezultati uporabe eksperimentalnega farmakološkega sredstva pri ljudeh. NO Doherty et al (1998) je osredotočila na pomembne razlike med vrstami živali, uporabljenih za modeliranje osteoartritisa, glede na želeni razvoj patologije različnih nevrotransmiterjev, receptorji, encimi, kar vodi do pristransko ekstrapolacijo terapevtsko aktivnostjo novih zdravil, ki se uporabljajo pri živalih za človeka . Primer je visoka učinkovitost nesteroidnih protivnetnih zdravil pri modeliranju vnetnega artritisa pri glodalcih. To je privedlo do ponovne ocene učinkovitosti nesteroidnih protivnetnih zdravil pri ljudeh, ki prostaglandini ne igrajo ključno vlogo v patogenezi bolezni, ki jo imajo pri glodalcih in klinično učinkovitost nesteroidnih protivnetnih zdravil, je omejena na zdravljenje simptomov namesto spremembo bolezni.

Hkrati podcenjevanje novih farmakoloških učinkovin pri študiji njihove učinkovitosti pri živalskih modelih lahko pri ljudeh povzroči izgubo potencialno učinkovitih terapevtskih sredstev. Na primer, soli zlata, penicilamina, klorokina, sulfasalazin, ki ima določen učinek pri zdravljenju revmatoidnega artritisa, ni popolnoma učinkovit pri živalih, ki se uporablja za presejalne antirevmatična zdravila.

Za razliko od živali simulirani odziv bolnika z osteoartritisom in zdravljenju osteoartritisa DMOAD veliki meri odvisna od kolagenaze - encima, ki naj bi bila aktivno vključen v patogenezo osteoartritisa. Pri glodalcih s simulirano OA pogosto inhibitorje intersticijsko kolagenazo (kolagenaze-1 ali matriks metaloproteinaze (MMP) -1), vendar je homolog humanega kolagenaze-1 pri glodalcih ni mogoče najti, morda ne obstaja. Tako specifični inhibitorji kolagenaze-1 ne kažejo terapevtsko učinkovitost pri glodalcih z eksperimentalno osteoartritisom. Večina MMP inhibitorjev ustvarjenih doslej, neselektivni in zato zavirajo kolagenaze-3 (MMP-13), ki sodeluje pri patogenezi eksperimentalnega osteoartritisa pri glodavcih. Poleg tega so študije pokazale NRA Beeley et al (1994), JMP Freije s sodelavci (1994), ki je kolagenaze-3 izraženi v človeški sklepnega hrustanca pri bolnikih z osteoartritisom, in lahko igrajo vlogo v patogenezi bolezni.

Lahko se domneva, da imajo ti mediatorji, receptorji ali encimi podobno vlogo pri patogenezi simuliranega osteoartritisa pri določeni živali in pri ljudeh. Primer je sposobnost kemotaktični levkotrien B4, ki je človek, miš in zajec se šteje, da je enaka, vendar se aktivnost antagonistov aktivne snovi se giblje med vrstami živali 1000-krat. Da bi se izognili takim nepravilnostim pri poskusih, je treba ustvariti metode, ki omogočajo preiskovanje farmakodinamike in vivo. Na primer, lahko proučimo vpliv katere koli snovi na aktivnost eksogenih encimov ali človeških mediatorjev. Ta tehnika je bil uporabljen V Ganu et al (1994) za ovrednotenje učinkovitosti inhibitorjev MMP z ugotavljanjem sposobnosti zdravil za zaviranje sproščanja proteoglikanov iz sklepnega hrustanca po injiciranju v humani stromelezina spoja zajec kolena.

Čeprav rezultati, pridobljeni v simuliranem eksperimentu osteoartritisa, lahko privedejo do napačne ocene potencialnega DMOAD, ima model osteoartroze pri živalih pomembno vlogo pri osnovnih študijah. Končno odločitev o učinkovitosti farmakoloških sredstev pri zdravljenju človeških bolezni je mogoče opraviti šele po tretji fazi kliničnih preskušanj pri ljudeh.