Експериментално моделиране на остеоартрит при животни

CRN Pritzker (1994), определена експериментален модел на заболяване при животни, като "хомогенна група от животни, при които има наследствено, естествено придобити или експериментално индуцирана биологичен процес е обект на научни изследвания, че един или няколко параметри, подобни на болест при хората." Остеоартрит животински модели са полезни за изследване на развитието на структурни промени в ставните тъкани да се определи как различните рискови фактори те инициират или допринасят за появата на тези промени, както и за оценка на терапевтични мерки, прилагани. Трябва да се помни, че остеоартрит - заболяване никой тъкан - хрущял, и всички засегнати ставните тъкани, включително субхондралната кост, синовията, менискус, връзки, периартикуларни мускулите и аферентните нервни окончания, които лежат извън, така и вътре в ставната капсула. Текущи проучвания на фармакологични средства в животински модели са насочени главно към техния ефект върху ставния хрущял. В експериментални модели е невъзможно да се направи оценка на основните симптоми на остеоартрит при хора - болка в ставите. В същото време в симулация на остеоартрит при животните не се вземат под внимание редица важни фактори, които допринасят за развитието и прогресирането на остеоартрит (например вертикално положение на тялото, слабост околоставните мускули и др.).

Разбира се, най-очевидният модел на болестта е този, който има най-голямо сходство с промените в човешкия остеоартрит. Най-интересните модели на остеоартроза при животни са представени от гледна точка на проучвания на ефективността на DMOAD (болест, модифициращи ОА лекарства). Независимо от факта, че редица лекарства в тази група предотвратяват или забавят прогресията на експериментално индуциран или спонтанен остеоартрит при животни, когато изучават ефекта си при хора, всички те се оказват неефективни.

Модели на остеоартрит при животни

Моделиращ механизъм	Вид животни	Индуциращ фактор / агент	Източник
Спонтанен остеоартрит	Гвинея свине	Възраст / наднормено тегло	Bendele AM et al., 1989
	Мишки STR / ORT, STR / INS	Генетично предразположение	Gupta ЕР и др., 1993 Dunham J. Et al., 1989 Dunham J. Et al., 1990
	Черна мишка C57	Генетично предразположение	OkabeT., 1989 StabescyR. Et al., 1993 Takahama A. 1990 van der Kraan PM et al., 1990
	Мишки	Колаген II мутация	GarofaloS. Et al., 1991
	Мишки	Колаген IX мутация	NakataK. Et al, 1993
	Кучета	Хип дисплазия	SmaleG. Et al., 1995
	Примати	Генетично предразположение	Alexander CJ, 1994 Carlson CS et al., 1994 ChateauvertJ.M. Et al., 1990
Химически индуциран остеоартрит	Пилета	Йодоацетат в / s *	Kalbhen DA, 1987
	Зайци	Папаин в / s	MarcelonG. Et al., 1976 CoulaisY. Et al., 1983 CoulaisY. Et al., 1984
	Гвинея свине	Папаин в / s	TanakaH. Et al., 1992
	Кучета	Химопапаин в / s	Leipold HR et al., 1989
	Мишки	Папаин в / s	Van der Kraan PM et al., 1989
	Мишки	Колагеназа в / с	Van der Kraan PM et al., 1989
	Мишки	TGF-R w / s	Van den Berg WB. 1995
	Зайци	Хипертоничен разтвор на NaCl	VasilevV. Et al .. 1992
Физически (хирургически) индуци-рованный остеоартроз	Кучета	Пресечната точка на предния кръстосан подвижен субект (едностранно)	Marshall JL et al., 1971 Brandt KD, 1994
	Кучета	Пресечната точка на предния кръстосан лигамент (двустранно)	Маршал КВ. Чан АД, 1996 г.
	Зайци	Кръстно предни кръстосани връзки	Christensen SB, 1983 Виньон Е. Et al., 1991
	Овца	Менискэктомия	Ghosh P. Et al., 1993
	Зайци	Менискэктомия	FamA.G. Et al., 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Гвинея свине	Менискэктомия	Bendele AM, 1987
	Гвинея свине	Mioektomiya	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. Et al., 1987 Dedrick DK et al., 1991
	Зайци	Контузия на пателата	OegemaT.RJ, et al., 1993 MazieresB. Et al., 1990
	Зайци	Обездвижване	Langenskiold A. Et al., 1979, Videman, 1982, 1982
	Кучета	Обездвижване	Howell DS et al., 1992 Ratcliffe A. Et al., 1994 PalmoskiM., Brandt KD, 1981
	Кучета	Деновация с последващо пресичане на предния кръстосан сухожилие	VilenskyJA et al., 1994

* in / s - интраартикуларно.

Физически и химически индуцирани модели на остеоартроза са много популярни в настоящия момент, но по-скоро отразяват процесите, които се наблюдават при вторичния остеоартрит при хората, отколкото при идиопатичните такива. Алтернатива на тях са моделите на спонтанен остеоартрит при двукопитни примати и четириплодни животни.

Някои автори са много скептични относно моделирането на остеоартрита при животните като цяло. Така че, според MEJ Billingham (1998), използването на модели за откриване на лекарства за модифициране на остеоартрози е "... Скъпо приключение".

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

Модели на спонтанен остеоартрит

На практика всички инбридни линии на мишки развиват остеоартрит с различна тежест и локализация. Най-високата честота на остеоартрит и най-тежко протичане на заболяването се наблюдава при мишки линии STR / ORT и STR / INS. Сред STR / ORT мишки болестта е по-често срещана, тя е по-тежка при мъжете, отколкото при жените. Първичното увреждане на ставния хрущял се развива в средната част на пластината на тибията. Приема се, че появата на промени в хрущяла на пателата предхожда смесване обаче RG Evans et Al (1994) и S. Collins et Al (1994) установяват, че всички мишки на това увреждане линия хрущял разработени за 11 месеца, но не на всички открити изместване пателата , Същите автори са открили, че промени в хрущяла ставен в мишки STR / ORT линии често предхожда от хондроцитна-остеобластна клетъчна метаплазия на сухожилията и връзките около засегнатите коленните стави, което показва предимството на тези промени в патогенезата на остеоартрит в този модел. Възможно е, че основната калцирането на връзките и сухожилията променя механичен натиск върху вътреставно структури и по-нататъшни промени в ставния хрущял отразява желанието за поддържане на нормалното натоварване на ставата. За разлика от моделите използват морски свинчета и макаци, чиито хрущял дегенерация предхожда промени в субхондралната кост в мишки STR / ORT линии и STR / INS субхондралната склероза се появява по-късно.

Предимството на този модел на остеоартрит е малкият размер на животните, който изисква минимален разход на изпитвания фармакологичен агент. Размерът обаче също е недостатък, тъй като биохимичният патохистологичен анализ на хрущяла е труден за мишки.

Изследване А.М. Bendele, JE Hulman (1988), A.M. Bendel и колеги (1989), както и SCR Meacock сътр (1990), посветена на изследването на естествената история на спонтанно остеоартрит при морски свинчета, интензивни интерес в този модел заболяване. От 13-годишна възраст всички мъжки морски свинчета на линията "Дънкин Хърли" имат дегенерация на ставния хрущял. Подобни промени в женските се появяват малко по-късно и са с по-мек характер. На възраст от 1 година се наблюдава пълна загуба на ставния хрущял в медиалния кондил на бедрената кост и плаката на пищяла. Повишено телесно тегло морски svinoklinii Dunkin Hurtley изостря намаляването на теглото на заболяването и тялото по-малко от 900 гр и подобрява процеса на остеоартрит. На възраст от 8 седмици, промени в подхондралната кост вече са наблюдавани при този модел, т.е. Последният предхожда увреждането на хрущялите. Промените в кръстосаните връзки на колянните стави могат да ускорят ремоделирането на костната тъкан.

Спонтанният остеоартрит се развива при маймуни с резус и циномолгус. Много важно предимство на примати спрямо други животни, използвани за създаване на експериментален модел на остеоартрит, е двупосочно. Болестта се развива при лица от средна възраст. Ранните хистологични находки са удебеляване на субхондралната кост с последваща артикулация на ставния хрущял в средната плака на болилебичната кост. По-късно страничната плоча се включва в процеса. Трябва да се отбележи, че дегенерацията на ставния хрущял започва да се развива едва след като дебелината на субхондралната кост достигне 400 μm. Увеличаването на разпространението и тежестта на остеоартрита при макаци възниква с възрастта, но тези параметри не се влияят от пола и телесното тегло. Досега моделите на остеоартрит при примати не са били използвани за изследване на ефективността на DMOADs.

Модели на физически (хирургично) индуциран остеоартрит

Моделите на остеоартрита, основаващи се на хирургично индуцирано разхлабване на коленните стави, променящи механичното налягане върху тях, най-често се използват при кучета и зайци. Най-широко използваният модел е пресечната точка на кръстосания сухожилие при кучета. При създаване на хирургическа модел на остеоартрит зайци използват операция от пресичане с ексцизия на кръстни връзки и междинен обезпечение сухожилие или без частично или пълно менисцектомия, хирургически разкъсване менискус. Морските свине описват хирургически модели на остеоартрит, създадени чрез пресичане на кръстоски и съпътстващи връзки, частична менисецектомия. Частичната менискактомия при морски свинчета води до образуването на остеофити в продължение на 2 седмици и прекомерна дегенерация на ставния хрущял в продължение на 6 седмици.

Доскоро модел на остеоартрит при кучета, които се развиват след преминаване на предната кръстни връзки, скептичен в отсъствието на язва на хрущяла и значително прогресия на заболяването се наблюдава при остеоартрит при хора. JL Маршал, и S. - Е. Olsson (1971) установяват, че промени в тъканите на колянната става при кучета след 2 години след операцията почти не се различава от регистрирани незабавно след това. Авторите предполагат, че механични фактори (например, фиброза на ставната капсула и образуването на остеофити) стабилизират неочаквани след съвместна операция на коляното и предотвратяване на по-нататъшно развитие на разрушаването на ставния хрущял. Предполага се също, че този модел се счита за модел на увреждане и възстановяване на хрущялите, а не модел на остеоартрит. Въпреки това, резултатите от изследванията, проведени от KD Brandt сътр (1991), който е вече проучен динамиката на промени в тъканите на коляното, дестабилизира от пресичането на предната кръстни връзки, отхвърлени поемането на предишни автори.

SA McDevitt и колеги (1973, 1977) са установили, че в първите дни след преминаване на кръстни сухожилията увеличава синтеза протеогликан от хондроцити на ставния хрущял. По време на 64 седмици след индукция на хирургическа нестабилност на дебелината на коляното ставния хрущял е по-високо от нормалното, въпреки че биохимични, метаболитни и хистологични промени в тях съответстват на тези в остеоартрит. Това удебеляване на хрущяла свързано с повишен синтез на протеогликани и тяхната висока концентрация в ставния хрущял. Използването на ядрено-магнитен резонанс (МРТ) ME Адамс и KD Бранд (1991) показва, че след преминаване на кръстни връзки хрущял хипертрофия поддържа за 36 месеца в бъдеще има прогресивна загуба на хрущял, така че след 45 месеца голяма част от ставните повърхности лишени хрущял. Морфологичното изследване на хрущяла 54 месеца след операцията потвърждава резултатите от MRI. Така, M.E. Адамс и KD Бранд (1991) показват, че хирургически индуциран нестабилност на колянната става при кучета може да се счита за модел на ОА.

Феноменът на хипертрофичния ремонт на ставния хрущял е добре илюстриран от описания по-горе модел на остеоартрит при кучета. Известно е обаче, че това явление е присъщо не само на него. Хипертрофията на ставния хрущял, която е репаративна в природата, първо е описана при пациенти с остеоартрит EGL Bywaters (1937), а по-късно LC Johnson. Той също се открива в други модели на остеоартрит - в зайци след частично менисцектомия (Виньон Е. И сътр, 1983.), Макак резус хрущял хипертрофия развива спонтанно.

Дата описание на патогенезата Основната на прогресивно "загубата" на хрущяла, но авторите често изглед му сгъстяване и повишена синтеза на протеогликани, което съответства на хомеостатичната фаза стабилизиран остеоартрит. По време на тази фаза, ремонтът на хрущялите компенсира загубата и може да поддържа ставата в продължително време. Но репаративно тъкан често не могат да се справят със своя мандат механичен стрес, както го прави здрав ставния хрущял, което води до невъзможност да се поддържа нормална състав хондроцитаната матрица и намаляване на синтеза на протеогликани. Последният етап на остеоартрита се развива.

Изследването на артропатията на Шарко води до появата на метод за неврогенен ускоряване на моделирането на хирургично индуцирания остеоартрит. Charcot артропатия се характеризира с тежка разрушаване на ставите, артикулира "мишки", излив на ставата, лигамент нестабилност, формирането на нова кост и хрущял в ставата. Основната концепция на патогенезата на Charcot артропатия (неврогенно) се прекъсва, сензорни сигнали от proprioceptors и ноцицептори крайници в централната нервна система (CNS). За да се ускори развитието на остеоартрит, индуцирана от пресичането на предната кръстни връзки при кучета преди операция или изрязване работи gangliyektomiyu нерв инервиращи ставата, което води до появата на хрущялни ерозии вече през първата седмица след операцията. Интересното е, че нов DMOAD диацереин се оказа ефективно, когато се използва в бавно прогресивно неврологично (интактни) остеоартрит модели, но с неврогенен ускорена остеоартрит експериментално лекарство е неефективно.

В заключение трябва да се отбележи, че не е възможно да се оцени напълно идентичността на експериментален модел на остеоартрит и остеоартрит при хората, тъй като етиологията и патогенезата на точните механизми на заболяването досега не е изяснен. Както е посочено по-горе, основната цел на използване на експериментални модели на остеоартрит в животни е да се използват за оценка на ефективността на нови лекарства, главно на "модифициране на заболяването." Вероятността, че резултатите от лечението на животно ще съвпадат с резултатите от използването на експериментален фармакологичен агент при хора, също не може да бъде определена. NS Doherty et Al (1998) фокусирани върху значителните разлики между видовете животни, използвани за моделиране на остеоартрит, по отношение на различни развитие на патологията на различни невротрансмитери, рецептори, ензими, което води до предубедени екстраполация на терапевтична активност на нови лекарства, използвани при животни за човека , Пример за това е високата ефективност на НСПВС при моделирането на възпалителен артрит при гризачи. Това доведе до преоценка на ефективността на НСПВС при хора, които простагландини не играят основна роля в патогенезата на заболяването, което играе при гризачи, и клинична ефикасност на НСПВС е ограничено до лечение на симптомите, отколкото промяната на заболяването.

В същото време, подценяването на нови фармакологични агенти при изследването на тяхната ефективност при животински модели може да доведе до загуба на потенциално ефективни терапевтични средства при хора. Например, златни соли, пенициламин, хлорохин, сулфасалазин, като определен ефект при лечението на ревматоиден артрит не е напълно ефективно за животни, които се използват за скриниране на анти-ревматични лекарства.

За разлика от животински симулира отговор на пациента с остеоартрит и лечение остеоартрит DMOAD зависи до голяма степен от колагеназата - ензим, който се смята, че участва активно в патогенезата на остеоартрит. При гризачи със симулирана OA често намират инхибитори на интерстициална колагеназа (колагеназа-1 или матрица металопротеиназа (ММР) -1), но хомолог на човешка колагеназа-1 при гризачи не могат да бъдат открити, вероятно, че не съществува. По този начин, специфичните инхибитори на човешка колагеназа-1 няма да проявяват терапевтична ефикасност при гризачи с експериментален остеоартрит. Повечето от инхибиторите на ММР създадени до момента, неселективни и следователно инхибира колагеназа-3 (ММР-13), участващи в патогенезата на експериментален остеоартрит при гризачи. Освен това, проучвания са показали, НРО Beeley сътр (1994), JMP Freije сътр (1994), колагеназа-3 се експресира в човешки ставния хрущял при пациенти с остеоартрит, и може да играе роля в патогенезата на заболяването.

Може да се приеме, че тези медиатори, рецептори или ензими играят подобна роля в патогенезата на симулиран остеоартрит при конкретно животно и при хора. Един пример е левкотриен В4 способност хемотактичен, който е човек, мишка и заек се счита за една и съща, но активността на антагонистите на активното вещество варира между видове животни 1000 пъти. За да се избегнат такива неточности в експериментите, е необходимо да се създадат методи, които да позволяват да се изследва фармакодинамиката in vivo. Например, може да се изследва ефектът на всяко вещество върху активността на екзогенни ензими или човешки медиатори. Тази техника е била приложена V Ganu сътр (1994) за оценка на активността на ММР инхибитори, чрез определяне на способността на медикаменти за инхибиране на освобождаването на протеогликани от ставния хрущял след инжектиране в човешкото stromelezina заек колянната става.

Въпреки факта, че резултатите, получени в експеримента на симулирания остеоартрит, могат да доведат до неправилна оценка на потенциалния DMOAD, моделите на остеоартроза при животни играят важна роля в основните изследвания. Окончателното решение за ефективността на фармакологичните агенти при лечението на човешки заболявания може да се направи едва след третата фаза на клиничните изпитвания при хора.