Experimentální modelování osteoartrózy u zvířat

K.R.N. Pritzker (1994) je definována experimentální model jakéhokoliv onemocnění u zvířat jako „homogenní skupiny zvířat, u kterých existuje je dědičná, přirozeně získané nebo experimentálně indukované biologický proces je předmětem vědeckého výzkumu, že jeden nebo více parametrů, podobné onemocnění u lidí.“ Artróza zvířecí modely jsou užitečné pro studium vývoje strukturálních změn v kloubních tkáních zjistit, jak různé rizikové faktory, které iniciují nebo přispívají ke vzniku těchto změn, jakož i k posouzení terapeutických opatření použita. Je třeba mít na paměti, že osteoartróza - nemoc nikdo tkáň - chrupavka, a všechny postiženého kloubu tkání, včetně subchondrální kosti, synoviální, meniskus, vazy, svaly a periartikulární aferentních nervových zakončení, které leží vně i uvnitř kloubního pouzdra. Probíhající studie farmakologických přípravků na zvířecích modelech se zaměřují především na jejich vliv na kloubní chrupavky. V experimentálních modelech je možné posoudit hlavní příznaky osteoartrózy u lidí - bolest v kloubech. Zároveň se v simulaci osteoartrózy u zvířat nebere v úvahu několik důležitých faktorů, které přispívají k rozvoji a progresi osteoartrózy (např svislá poloha těla, slabost periartikulární svalů a další.).

Samozřejmě nejvíce zřejmý model onemocnění je ten, který má největší podobnost se změnami lidské osteoartrózy. Nejzajímavější modely osteoartrózy u zvířat jsou prezentovány z hlediska studií účinnosti DMOAD (nemoci modifikující onemocnění OA). Navzdory skutečnosti, že řada léčiv v této skupině zabraňuje nebo zpomaluje progresi experimentálně indukované nebo spontánní osteoartrózy u zvířat, při studiu jejich účinku na člověka se všichni ukázali neúčinnými.

Modely osteoartrózy u zvířat

Modelovací mechanismus	Druh zvířat	Indukční faktor / činidlo	Zdroj
Spontánní osteoartritida	Morčata	Věk / Nadváha	Bendele AM a kol., 1989
	Myši STR / ORT, STR / INS	Genetická predispozice	Gupta EP a kol., 1993 Dunham J. Et al., 1989, Dunham J. A kol., 1990
	Černá myš C57	Genetická predispozice	OkabeT., 1989 StabescyR. Et al., 1993 Takahama A. 1990 van der Kraan PM a kol., 1990
	Myši	Kolagen II mutace	GarofaloS. Et al., 1991
	Myši	Mutace kolagenu IX	NakataK. Etal, 1993
	Psi	Dysplázie kyčle	SmaleG. Et al., 1995
	Primáty	Genetická predispozice	Alexander CJ, 1994 Carlson CS et al., 1994 ChateauvertJ.M. Et al., 1990
Chemicky vyvolaná osteoartritida	Kuřata	Jodoacetát v / s *	Kalbhen DA, 1987
	Králíci	Papain in / s	MarcelonG. A kol., 1976 CoulaisY. Et al., 1983 CoulaisY. Et al., 1984
	Morčata	Papain in / s	TanakaH. Et al., 1992
	Psi	Chymopapain in / s	Leipold HR et al., 1989
	Myši	Papain in / s	Van der Kraan PM a kol., 1989
	Myši	Kolagenáza v / s	Van der Kraan PM a kol., 1989
	Myši	TGF-R w / s	Van den Berg WB. 1995
	Králíci	Hypertonický roztok chloridu sodného	Vasilev. Etal .. 1992
Fyzikální (chirurgická) indukční-rovingová osteoartritida	Psi	Průnik předního křížového vazu (jednostranně)	Marshall JL a kol., 1971 Brandt KD, 1994
	Psi	Průnik předního křížového vazu (oboustranný)	Marshall KW. Chan AD, 1996
	Králíci	Křížové přední křížové vazivo	Christensen SB, 1983 VignonE. Et al., 1991
	Ovce	Meniskektomie	Ghosh P. Et al., 1993
	Králíci	Meniskektomie	FamA.G. Et al., 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Morčata	Meniskektomie	Bendele AM, 1987
	Morčata	Myoctomie	ArseverC.L, BoleG.G., 1986, LaytonM.W. Et al., 1987 Dedrick DK et al., 1991
	Králíci	Kontuze patela	OegemaT.RJ, etal., 1993 MazieresB. Et al., 1990
	Králíci	Imobilizace	Langenskiold A. A kol., 1979 Videman, 1982, 1982
	Psi	Imobilizace	Howell DS a kol., 1992 Ratcliffe A. A kol., 1994 PalmoskiM., Brandt KD, 1981
	Psi	Denervace s následným průnikem předního křížového vaziva	VilenskyJA a kol., 1994

* in / s - intraartikulárně.

Fyzicky a chemicky indukované modely osteoartrózy jsou v současné době velmi populární, ale spíše odrážejí procesy, které jsou pozorovány u sekundárních osteoartróz u lidí než u idiopatických. Alternativou k nim jsou modely spontánní osteoartrózy u bipedálních primátů a čtyřnohých zvířat.

Někteří autoři jsou velmi skepticky o modelování osteoartrózy u zvířat obecně. Takže podle MEJ Billingham (1998) je použití modelů pro objevování léků ovlivňujících osteoartrózu "... Drahé dobrodružství".

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8],

Modely spontánní osteoartrózy

Prakticky všechny inbredních kmenů myší rozvinout osteoartrózy různé závažnosti a lokalizaci. Nejvyšší výskyt osteoartritidy a nejzávažnější průběhu onemocnění byl pozorován u myší linie STR / ORT a STR / INS. Mezi myší STR / ORT řada onemocnění je častější, je to vážnější u mužů než u žen. Počáteční poškození kloubní chrupavky vyvinut v mediální části tibie desky. Předpokládalo se, že se vzhled změn chrupavky čéšky předchází míchání, ale RG Evans a kol (1994) a S. Collins et al (1994) zjistili, že všechny myši tohoto poškození vedení chrupavky vyvinut 11 měsíců, ale ne u všech zjištěných přesouvacích patelární . Titíž autoři zjistili, že změny v kloubní chrupavky u myší STR / ORT linie často předchází chondrocytů-osteoblastické buňky metaplazie šlach a vazů kolem postižených kolenních kloubů, které uvádí prioritu těchto změn v patogenezi osteoartrózy v tomto modelu. Je možné, že primární kalcifikace vazy a šlachy se mění mechanický tlak na strukturách intraartikulární a další změny v kloubní chrupavce odrážejí snaze udržet normální zatížení kloubu. Na rozdíl od modelu na morčatech a makaků, jejichž degenerace chrupavky předcházejí změny v subchondrální kosti u myší STR / ORT linky a STR / INS subchondrální skleróza objeví později.

Výhodou tohoto modelu osteoartrózy je malá velikost zvířat, která vyžaduje minimální výdaj zkoušeného farmakologického činidla. Velikost je však také nevýhodou, protože biochemická, pathohistologická analýza chrupavky je u myší obtížná.

Výzkum А.М. Bendele, JE Hulman (1988), A.M. Bendel a spolupracovníci (1989), jakož i SCR Meacock et al (1990), zabývající se studiem přirozené historie spontánní osteoartritidy u morčat, zesílila zájem v tomto modelu onemocnění. Od věku 13 měsíců, všichni samci morčat Dunkin Hurtley objeví degeneraci kloubní chrupavky. Podobné změny u žen se objevují poněkud později a mají mírnější charakter. Ve věku 1 roku, došlo k úplné ztrátě kloubní chrupavky v mediálním kondylu femuru a tibiální desky. Zvýšení tělesné hmotnosti mořských svinoklinii Dunkin Hurtley zhoršuje snížení hmotnosti onemocnění a tělo na méně než 900 g a zlepšuje průběh osteoartrózy. Ve věku 8 týdnů v tomto modelu zjistil subchondrální změn kostí, tedy druhá předchází poškození chrupavky. Změny zkřížených vazů kolene může urychlit přeměnu kostní tkáně.

Spontánní osteoartritida se objevuje u opic rhesus a cynomolgus. Velmi důležitá výhoda primátů oproti jiným zvířatům používaným k vytvoření experimentálního modelu osteoartrózy je dvojčata. Nemoc se vyvíjí u jedinců středního či starého věku. Ranní histologické nálezy jsou zhrubnutí subchondrální kosti s následnou artikulací kloubní chrupavky v mediální desce bollylebické kosti. Později se do procesu zapojí boční deska. Je pozoruhodné, že degenerace kloubní chrupavky se začíná rozvíjet až po dosažení tloušťky subchondrální kosti 400 μm. Zvýšení prevalence a závažnosti osteoartrózy u makaků nastává s věkem, ale tyto parametry nejsou ovlivněny pohlavím a tělesnou hmotností. Až dosud nebyly modely osteoartrózy u primátů použity ke studiu účinnosti DMOAD.

Modely fyzikálně (chirurgicky) vyvolané osteoartrózy

Model osteoartrózy, na základě kterých byla chirurgicky vyvolaná laxicity kolena, měnící mechanický tlak na ně, nejčastěji používá u psů a králíků. Nejpoužívanějším modelem je průnik křížového vazu u psů. Při vytváření chirurgický modelu osteoarthritidy králíků pomocí operaci průsečíku s excizi zkřížených vazů a mediálního vazu nebo bez, částečné nebo úplné meniskektomie, chirurgické trhacími menisku. Morčata popisují chirurgické modely osteoartrózy, vytvořené přechodem křížových a vedlejších vad, částečnou meniscektomií. Částečná meniskáktomie u morčat vede k tvorbě osteofytů po dobu 2 týdnů a nadměrné degeneraci kloubní chrupavky po dobu 6 týdnů.

Donedávna modelu osteoartritidou u psů, které se vyvíjejí po překročení předního zkříženého vazu, skeptický v nepřítomnosti vředů chrupavky a významné progresi onemocnění pozorované u osteoartrózy u lidí. JL Marshall a S. - E. Olsson (1971) zjistili, že změny v tkáních kolenního kloubu u psů po 2 letech po operaci téměř neliší od registrováno ihned poté. Autoři naznačují, že mechanické faktory (např., Fibróza kloubního pouzdra a tvorbou osteofytů) stabilizovat neuspořádaný po kolenního kloubu a prevenci další progrese destrukce kloubní chrupavky. Bylo také navrženo, aby tento model byl považován za model poškození a opravy chrupavky, a ne model osteoartrózy. Nicméně, výsledky výzkumu prováděném KD Brandt et al (1991), který je delší studoval dynamiku změny ve tkáních kolena, destabilizovaném průsečíkem předního zkříženého vazu, vyvrácen předpoklad předchozích autorů.

S.A. McDevitt a spolupracovníci (1973, 1977) zjistili, že v prvních dnech po překročení zkřížených vazů zvyšuje syntézu proteoglykanů chondrocyty kloubní chrupavky. V průběhu 64 týdnů po indukci chirurgické nestability tloušťky kolenního kloubu chrupavky byl vyšší, než je normální, i když biochemické, metabolické a histologické změny v nich odpovídají číslům v osteoartritidě. Toto zhrubnutí chrupavky bylo spojeno se zvýšenou syntézou proteoglykanů a jejich vysokou koncentrací v kloubní chrupavce. Pomocí magnetické rezonance (MPT), ME Adams a KD Brandt (1991) ukázal, že po překročení zkřížených vazů chrupavky hypertrofii udržována po dobu 36 měsíců v budoucnu je progresivní ztráta chrupavky, tak, že po 45 měsících mnoho z kloubní plochy nemajících chrupavky. Morfologické vyšetření chrupavky 54 měsíců po operaci potvrdilo výsledky MRI. Tak, M.E. Adams a KD Brandt (1991) ukázali, že chirurgicky vyvolaná nestabilita kolenního kloubu u psů může být považován za model OA.

Fenomén hypertrofické opravy kloubní chrupavky je dobře ilustrován výše popsaným modelem osteoartrózy u psů. Nicméně je známo, že tento jev je neodmyslitelný nejenom pro ně. Hypertrofie kloubní chrupavky, která byla reparativní v přírodě, byla poprvé popsána u pacientů s osteoartritidou EGL Bywaters (1937) a později LC Johnson. To je také detekována v jiných modelech osteoartrózy - u králíků po částečné meniskektomie (Vignon E. A kol., 1983), hypertrofie makaků chrupavka spontánní tvorba.

Popis Datum patogeneze je zaměřena především na progresivní „ztráta“ chrupavky, ale autoři často přehlíží jeho zahuštění a zvýšenou syntézu proteoglykanů, což odpovídá homeostatické fáze stabilizované osteoartrózy. Během této fáze opravy chrupavky kompenzují ztrátu a udržují klouby ve funkčním stavu po dlouhou dobu. Ale reparativní tkáň často nemůže vyrovnat s pověřeným mechanickému namáhání, jako to dělá zdravé kloubní chrupavky, což vede k neschopnosti zachovat normální chondrocytů matrice prostředku a snižují syntézu proteoglykanů. Konečná fáze osteoartrózy se vyvíjí.

Studium Charcot artropatie vedlo k urychlení postupu simulace neurogenního chirurgicky vyvolané osteoartrózou. Charcot artropatie je charakterizována těžkou destrukci kloubu, formulovat „myši“, výpotek do kloubu, vazu nestability, tvorbu nové kosti a chrupavky v kloubu. Obecný koncept patogenezi Charcot artropatie (neurogenní) je přerušen, snímací signály z Proprioceptory a nociceptory končetin v centrálním nervovém systému (CNS). S cílem urychlit progresi osteoartrózy vyvolané průsečíkem předního zkříženého vazu u psů před chirurgickým zákrokem nebo vyříznutím pracovat gangliyektomiyu nerv innervating kloub, což vede ke vzniku chrupavky erozí již v prvním týdnu po operaci. Je zajímavé, že nové DMOAD diacerein se ukázalo, že jsou účinné při použití v pomalu progresivní (neurologicky intaktní) osteoartritidou modely, ale s neurogenní zrychleného osteoartritidou experimentální lék byl neúčinný.

Na závěr je třeba poznamenat, že není možné plně posoudit identitu experimentálního modelu osteoartrózy a osteoartrózy u lidí, protože etiologie a patogeneze přesných mechanismů onemocnění dosud nebyly objasněny. Jak bylo uvedeno výše, hlavním cílem využitím experimentálních modelů osteoartrózy u zvířat je jejich využití pro hodnocení účinnosti nových léčiv, hlavně z „modifikující onemocnění.“ Pravděpodobnost, že, jak se výsledky léčby zvířete se shoduje s výsledky experimentálního farmakologického činidla u lidí, také není možné určit. NS Doherty et al (1998) se zaměřil na významné rozdíly mezi různými druhy zvířat použitých pro modelování osteoartritidy, pokud jde o odlišné vývoje patologie různých neurotransmiterů, receptory, enzymy, což vede k vychýleného extrapolaci terapeutické aktivity nových léků používaných u zvířat na člověka . Příkladem je vysoká účinnost NSAID při modelování zánětlivé artritidy u hlodavců. To vedlo k přehodnocení účinnosti NSAID u lidí, které prostaglandiny nehrají zásadní roli v patogenezi onemocnění, které hrají u hlodavců, a klinická účinnost NSAID je omezeno na léčení symptomů spíše než modifikaci onemocnění.

Současné podhodnocení nových farmakologických činidel ve studiích jejich účinnosti u zvířecích modelů může vést ke ztrátě potenciálně účinných terapeutických činidel u lidí. Například, soli zlata, penicilamin, chlorochin, sulfasalazin, který má určitý účinek při léčbě revmatoidní artritidy není zcela účinná u zvířat, která se používá pro screening antirevmatické léky.

Na rozdíl od zvířat simulované odpovědi pacienta s osteoartritidou a léčení osteoartritidy DMOAD závisí do značné míry na kolagenázu - enzymu, který se předpokládá, že bude aktivně podílí na patogenezi osteoartrózy. U hlodavců se simulovanou OA často nalézt inhibitory intersticiální kolagenázy (kolagenáza-1 nebo matricové metaloproteinázy (MMP) -1), ale homolog lidské kolagenázy-1 u hlodavců nelze nalézt, možná, neexistuje. Tak, specifické inhibitory kolagenázy-1 nevykazují terapeutickou účinnost u hlodavců s experimentálním osteoartrózy. Většina inhibitorů MMP vytvořených doposud, neselektivní, a proto inhibují kolagenázy-3 (MMP-13) se podílí na patogenezi experimentální osteoartritidy u hlodavců. Kromě toho, studie ukázaly, NRA Beeley et al (1994), JMP Freije et al (1994), kolagenáza-3 je exprimován v lidské kloubní chrupavky u pacientů s osteoartritidou, a může hrát roli v patogenezi onemocnění.

Lze předpokládat, že tyto neurotransmitery, receptory nebo enzymy hrají podobnou úlohu v patogenezi osteoartritidy simulovaného v některých zvířat a lidí. Příkladem je schopnost chemotaktický leukotrienu B4, což je lidský, myší a králíků je považován za stejný, ale aktivita antagonistů účinné látky se pohybuje v rozmezí druhů zvířat 1000 krát. Aby se zabránilo takovým nepřesnostem v experimentech, je nutné vytvořit metody, které umožní in vivo zkoumat farmakodynamiku . Například lze studovat vliv jakýchkoliv látek na aktivitu exogenních enzymů nebo lidských mediátorů. Tato technika byla použita V Ganu et al (1994) pro hodnocení aktivity inhibitorů MMP stanovením schopnosti léčiv inhibovat uvolňování proteoglykanů z kloubní chrupavky po injekci do lidského stromelezina králičí kolenního kloubu.

Ačkoli výsledky získané v experimentu simulovaného osteoartrózy mohou vést k nesprávnému vyhodnocení potenciálního DMOAD, model osteoartrózy u zvířat hraje důležitou roli v základních studiích. Konečné rozhodnutí o účinnosti farmakologických činidel při léčbě lidských onemocnění lze provést až po třetí fázi klinických studií u lidí.