Experimentell modellering av artros hos djur

CRN Pritzker (1994) definierade en experimentell modell av någon sjukdom hos djur som "homogen grupp av djur i vilken det finns en ärftlig, naturligt förvärvad eller experimentellt inducerad biologisk process är föremål för vetenskaplig forskning, att en eller flera parametrar som liknar sjukdom hos människor." Artros djurmodeller är användbara för att studera utvecklingen av strukturella förändringar i de gemensamma vävnader för att bestämma hur de olika riskfaktorer som de initierar eller bidrar till uppkomsten av dessa förändringar, liksom för att utvärdera de terapeutiska åtgärder som tillämpas. Man måste komma ihåg att artros - en sjukdom ingen vävnad - brosk, och alla de drabbade gemensamma vävnader, däribland det subkondrala benet, synovium, menisk, ligament, periartikulära muskler och afferenta nervändar som ligger både utanför och inne i ledkapseln. De pågående studierna av farmakologiska medel på djurmodeller fokuserar huvudsakligen på deras effekt på ledbrusk. På experimentella modeller är det omöjligt att utvärdera huvudsymptomen på artros hos människor - ledsmärta. Samtidigt i simuleringen av artros i djur inte tar hänsyn till ett antal viktiga faktorer som bidrar till utveckling och progression av artros (t.ex. Vertikalt läge av kroppen, svaghet periartikulära muskler och andra.).

Självklart är den mest uppenbara modellen av sjukdomen den som har störst likhet med förändringar i mänsklig artros. De mest intressanta modellerna för osteoartros hos djur presenteras när det gäller studier av effektiviteten av DMOAD (sjukdomsmodifierande OA-läkemedel). Trots att ett antal läkemedel i denna grupp förhindra utvecklingen eller bromsa utvecklingen av experimentellt inducerad eller spontan artros i djur, studiet av sina åtgärder på den person som de har varit ineffektiva.

Modeller av artros hos djur

Modelleringsmekanism	Typ av djur	Inducerande faktor / agent	Källa
Spontan artros	Marsvin	Ålder / övervikt	Bendele AM etal., 1989
	Möss STR / ORT, STR / INS	Genetisk predisposition	Gupta EP et al., 1993 Dunham J. Etal., 1989 Dunham J. Etal., 1990
	Svart mus C57	Genetisk predisposition	OkabeT., 1989 StabescyR. Et al., 1993, Takahama A. 1990 van der Kraan, PM et al., 1990
	Möss	Kollagen II-mutation	GarofaloS. Etal., 1991
	Möss	Kollagen IX-mutation	NakataK. Etal, 1993
	Hundar	Höftdysplasi	SmaleG. Etal., 1995
	Primater	Genetisk predisposition	Alexander CJ, 1994 Carlson CS etal., 1994 ChateauvertJ.M. Etal., 1990
Kemiskt inducerad artros	Kycklingar	Jodacetat i / s *	Kalbhen DA, 1987
	Kaniner	Papain in / s	MarcelonG. Et al., 1976 CoulaisY. Et al., 1983 CoulaisY. Et al., 1984
	Marsvin	Papain in / s	TanakaH. Etal., 1992
	Hundar	Chymopapain in / s	Leipold HR etal., 1989
	Möss	Papain in / s	Van der Kraan PM et al., 1989
	Möss	Kollagenas in / med	Van der Kraan PM et al., 1989
	Möss	TGF-R w / s	Van den Berg WB. 1995
	Kaniner	Hypertonisk NaCl-lösning	VasilevV. Etal .. 1992
Fysisk (kirurgisk) inducerande osteoartrit	Hundar	Korsning av det främre korsbandet (ensidigt)	Marshall JL etal., 1971 Brandt KD, 1994
	Hundar	Korsning av det främre korsbandet (bilateralt)	Marshall KW. Chan AD, 1996
	Kaniner	Kors främre korsbandet	Christensen SB, 1983 VignonE. Etal., 1991
	Sheep	Meniskэktomiya	Ghosh P. Etal., 1993
	Kaniner	Meniskэktomiya	FamA.G. Etal., 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Marsvin	Meniskэktomiya	Bendele AM, 1987
	Marsvin	Mioektomiya	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. Etal., 1987 Dedrick DK et al., 1991
	Kaniner	Kontamination av patella	OegemaT.RJ, etal., 1993 MazieresB. Etal., 1990
	Kaniner	Immobilisering	Langenskiold A. Et al., 1979 Videman, 1982, 1982
	Hundar	Immobilisering	Howell DS et al., 1992 Ratcliffe A. Et al., 1994 Palmoski., Brandt KD, 1981
	Hundar	Denervation med efterföljande korsning av den främre korsbandet	VilenskyJA etal., 1994

* in / s - intraartikulärt

Fysiskt och kemiskt inducerade modeller av osteoartros är mycket populära för närvarande, men de återspeglar snarare de processer som observeras i sekundär artros hos människor än hos idiopatiska. Ett alternativ till dem är modeller av spontan artros hos bipedala primater och fyrhjulade djur.

Vissa författare är mycket skeptiska till modellering av artros hos djur i allmänhet. Så enligt MEJ Billingham (1998) är användningen av modeller för upptäckten av osteoartritmodifierande läkemedel ett "... Dyrt äventyr".

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

Modeller av spontan artros

Nästan alla inavlade linjer av möss utvecklar artros av varierande svårighetsgrad och lokalisering. Den högsta förekomsten av artros och den mest allvarliga sjukdomsförloppet observeras i STR / ORT- och STR / INS-möss. Bland STR / ORT-möss är sjukdomen vanligare, den är svårare hos män än hos kvinnor. Den primära skador på ledbrusk utvecklas i den mediala delen av tibia-plattan. Det antogs att uppträdandet av förändringar i brosket av patella föregår blandning, dock RG Evans et al (1994) och S. Collins et al (1994) fann att alla möss i denna linje broskskada utvecklats för att 11 månader, men inte alls detekteras förskjutnings patellar . Samma författare fann att förändringar i ledbrosk i möss STR / ORT linjer föregås ofta av kondrocyt-osteoblastisk cell metaplasi i senor och ligament runt de påverkade knäleder, vilket indikerar prioriteten för dessa förändringar i patogenesen av osteoartrit i denna modell. Det är möjligt att den primära förkalkning av ligament och senor ändrar mekaniskt tryck på intra-artikulära strukturer och ytterligare förändringar ledbrosket spegla ett försök att upprätthålla den normala belastningen på leden. I motsats till de modeller med hjälp av marsvin och makaker, vars brosk degeneration föregå förändringar i det subkondrala benet i möss STR / ORT linjer och STR / INS subkondrala skleros visas senare.

Fördelen med denna modell av artros är djurens lilla storlek, vilket kräver minimala utgifter för test farmakologiskt medel. Storleken är emellertid också en nackdel, eftersom biokemisk, patohistologisk broskanalys är svår i möss.

Forskning А.М. Bendele, JE Hulman (1988), A.M. Bendel och kollegor (1989), liksom SCR Meacock et al (1990), tillägnad till studien av den naturliga historian av spontan artros i marsvin, intensifierade intresset för denna sjukdomsmodell. Sedan 13 månaders ålder har alla manliga marsvin av Dunkin Hurtley-linjen degenerering av ledbrusk. Liknande förändringar hos kvinnor förefaller något senare och har en mildare karaktär. Vid 1 års ålder observeras en fullständig förlust av ledbrusk i lårbenets mediala kondyl och tibiaplattan. Ökningen av Dunkin Hurtleys marina svins kroppsvikt försvårar sjukdomsförloppet och en minskning av kroppsvikt upp till 900 g och mindre förbättrar artrosens gång. Vid 8 års ålder observeras förändringar i subchondralbenet i denna modell, d.v.s. Den senare förebringar skador på brusk. Förändringar i knäleddens korsbindningar kan påskynda remodelleringen av benvävnad.

Spontan artros utvecklas i rhesus och cynomolgus apor. En mycket viktig fördel med primater över andra djur som används för att skapa en experimentell modell för artros är biped. Sjukdomen utvecklas hos individer med medelålders ålder. Tidiga histologiska fynd är en förtjockning av subchondralbenet med efterföljande artikulering av ledbrusk i den mediala plattan av det bollylebiska benet. Senare är lateralplattan involverad i processen. Det är anmärkningsvärt att degenerering av ledbrusk börjar utvecklas först efter att tjockleken på subchondralbenet når 400 μm. Ökningen av förekomsten och svårighetsgraden av artros i makar uppträder med ålder, men dessa parametrar påverkas inte av kön och kroppsvikt. Hittills har modeller av artros i primater inte använts för att studera effektiviteten hos DMOAD.

Modeller av fysiskt (kirurgiskt) inducerad artros

Modeller av artros, baserat på kirurgiskt inducerad lossning av knäleden, förändrar det mekaniska trycket på dem, används oftast hos hundar och kaniner. Den mest använda modellen är korsningen av korsbandet i hundar. När man skapar en kirurgisk modell av artros kaniner med användning av drift av en genomskärning med excision av korsband och den mediala säkerheter ligament eller utan, den partiella eller total meniskektomi, kirurgiska tear menisken. Marsvin beskriver kirurgiska modeller av osteoartrit, skapad genom att korsa kors-och säkerhetslederna, delvis meniscektomi. Delvis meniskaktomi hos marsvin leder till bildandet av osteofyter i 2 veckor och överdriven degenerering av ledbrusk i 6 veckor.

Tills nyligen en modell av artros hos hundar som utvecklar efter att ha passerat den främre korsband, skeptiska i frånvaro av sår i brosk och betydande utvecklingen av sjukdomen observerades vid artros hos människor. JL Marshall och S. - E. Olsson (1971) fann att förändringar i vävnader i knäleden hos hundar efter 2 år efter operationen nästan inte skiljer sig från registreras omedelbart därefter. Författarna föreslog att mekaniska faktorer (t ex fibros i ledkapseln och bildning av osteofyter) stabilisera oordnad efter knäledskirurgi och förhindra ytterligare fortskridande av förstörelsen av ledbrosk. Det föreslogs också att denna modell anses vara en modell för bruskskador och reparation, och inte en modell av artros. Emellertid, resultaten av forskning som utförs av KD Brandt et al (1991), som är längre studeras dynamiken i förändringarna i vävnader i knäet, destabiliseras genom skärningen mellan den främre korsbandet, motbevisade antagandet av tidigare författare.

SA McDevitt och kollegor (1973, 1977) fann att i de första dagarna efter passerar de korsband ökar proteoglykansyntes genom kondrocyter av ledbrosk. Under de 64 veckor efter induktion av kirurgisk instabilitet av knäleden brosktjockleken var högre än normalt, även om biokemiska, metaboliska och histologiska förändringar däri motsvarar de i osteoartrit. Denna förtjockning av brosket associerades med en ökad syntes av proteoglykaner och deras höga koncentration i ledbrusk. Med användning av magnetisk resonanstomografi (MPT), ME Adams och KD Brandt (1991) visade att efter att ha korsat korsband broskhypertrofi bibehölls under 36 månader i framtiden finns det en progressiv förlust av brosk, så att efter 45 månader mycket av de artikulära ytorna saknar brosk. Morfologisk undersökning av brosk 54 månader efter operationen bekräftade resultaten av MR. Således M.E. Adams och KD Brandt (1991) har visat att kirurgiskt inducerad instabilitet i knäleden hos hundar kan betraktas som en modell av OA.

Fenomenet av hypertrofisk reparation av ledbrusk illustreras väl av den ovan beskrivna modellen av artros hos hundar. Det är emellertid känt att detta fenomen är inneboende inte bara för det. Hypertrofi av ledbrosket, som hade det reparativa karaktär, beskrevs först i patienter med artros i EGL Bywaters (1937), och därefter LC Johnson. Det är också detekteras i andra modeller av artros - i kaniner efter en partiell meniskektomi (Vignon E. Et al, 1983.), Rhesusmakaker broskhypertrofi utvecklar spontant.

Datum beskrivning av patogenes är främst inriktat på den progressiva "förlust" av brosk, men författarna ofta förbiser dess förtjockning och ökad syntes av proteoglykaner, vilket motsvarar den homeostatiska fasen stabiliserade artros. Under denna fas kompenserar brosk reparation för förlusten och kan hålla länken i funktionell tillstånd under lång tid. Men reparationsvävnaden ofta inte kan klara av sin mandated mekanisk påfrestning som det gör friskt ledbrosk, vilket leder till en oförmåga att upprätthålla normal kondrocyt matriskomposition och minska syntesen av proteoglykaner. Det sista stadiet av artros utvecklas.

Studien av Sharkos artropati ledde till utseendet av en metod för neurogen acceleration av modelleringen av kirurgiskt inducerad artros. Charcot artropati kännetecknas av svår ledförstöring, formulera "möss", utgjutning in i fogen, ligament instabilitet, bildandet av nytt ben och brosk i leden. Det allmänna begreppet patogenesen av Charcot artropati (neurogen) avbryts, avkänningssignaler från proprioceptorer och nociceptorer lemmar i det centrala nervsystemet (CNS). För att påskynda utvecklingen av artros induceras av skärningspunkten mellan främre korsband på hundar innan kirurgi eller excision fungerar gangliyektomiyu nerv innerverar leden, vilket leder till uppkomsten av broskerosioner redan under den första veckan efter operationen. Intressant nog visade den nya DMOAD diacerein sig vara effektiva när de används i de långsamt progressiva (neurologiskt intakta) artros modeller, men med neurogen accelererad artros experimentell drog var ineffektivt.

Avslutningsvis bör det noteras att det är omöjligt att till fullo bedöma identiteten av en experimentell modell av artros och artros hos människor, eftersom etiologin och patogenesen av de exakta mekanismerna av sjukdomen hittills inte klarlagts. Som nämnts tidigare, är det huvudsakliga syftet med att använda experimentella modeller av artros i djur för att använda dem för att utvärdera effektiviteten av nya läkemedel, huvudsakligen av "modifiera sjukdomen." Sannolikheten att resultaten av behandling av ett djur kommer att sammanfalla med resultaten av att använda ett experimentellt farmakologiskt medel hos människor kan inte heller bestämmas. NS Doherty et al (1998) fokuserar på de stora skillnaderna mellan olika typer av djur som används för modellering av artros, när det gäller olika utveckling av patologin av olika signalsubstanser, receptorer, enzymer, vilket leder till partisk extrapolering av terapeutisk aktivitet av nya läkemedel som används i djur till människa . Ett exempel är den höga effektiviteten hos NSAID vid modellering av inflammatorisk artrit hos gnagare. Detta har lett till en omvärdering av effektiviteten av NSAID hos människor, vilket prostaglandiner inte spelar en viktig roll i patogenesen av sjukdomen, som de spelar i gnagare, och klinisk effekt av NSAID är begränsad till att behandla symptomen i stället för modifiering sjukdom.

Samtidigt kan underskattning av nya farmakologiska medel vid studier av deras effektivitet i djurmodeller leda till förlust av potentiellt effektiva terapeutiska medel hos människor. Till exempel, guldsalter, penicillamin, klorokin, sulfasalazin, som har en viss effekt vid behandling av reumatoid artrit är inte fullständigt effektiv i djur, som används för screening av antireumatiska läkemedel.

Till skillnad från djur simuleras svaret hos patienten med artros och artros DMOAD behandling beror till stor del på kollagenas - ett enzym som tros vara aktivt involverade i patogenesen för osteoartrit. I gnagare med simulerad OA ofta hitta inhibitorer av interstitiell kollagenas (koUagenas-1 eller matrixmetalloproteinas (MMP -1)), men homologen av humant kollagenas-1 hos gnagare kan inte hittas, kanske, existerar det inte. Sålunda uppvisar specifika inhibitorer av humant kollagenas-1 inte terapeutisk effekt hos gnagare med experimentell artros. De flesta av de MMP-inhibitorer som skapats hittills, icke-selektiva och därmed hämma kollagenas-3 (MMP-13) som är involverade i patogenesen av experimentell artros hos gnagare. Dessutom har studier visat NRA Beeley et al (1994), JMP Freije et al (1994), är kollagenas-3 uttrycktes i humant ledbrosk hos patienter med artros, och kan spela en roll i patogenesen av sjukdomen.

Det kan antas att dessa mediatorer, receptorer eller enzymer spelar en liknande roll i patogenesen av simulerad artros i ett visst djur och hos människor. Ett exempel är leukotrien B4s kemotaktiska förmåga, som är densamma hos människor, möss och kaniner, men aktiviteten av antagonister av denna biologiskt aktiva substans mellan djurarter är 1000 gånger olika. För att undvika sådana felaktigheter i försök är det nödvändigt att skapa metoder som möjliggör undersökning av farmakodynamik in vivo. Till exempel kan man studera effekten av några ämnen på aktiviteten hos exogena enzymer eller humanmediatorer. Denna teknik har tillämpats V Ganu et al (1994) för att utvärdera aktiviteten av MMP-inhibitorer genom att bestämma förmågan av läkemedel för att inhibera frisättningen av proteoglykaner från ledbrosk efter injektion i humana stromelezina kanin knäleden.

Även om resultaten som erhållits i det simulerade osteoartrit-experimentet kan leda till en felaktig utvärdering av potentiell DMOAD, spelar modellen för osteoartros hos djur en viktig roll i grundstudier. Det slutgiltiga beslutet om effekten av farmakologiska medel vid behandling av mänskliga sjukdomar kan göras först efter den tredje fasen av kliniska prövningar hos människor.