Experimentele modellering van osteoartritis bij dieren

CRN Pritzker (1994) gedefinieerd een experimenteel model van een ziekte bij dieren als "homogene groep dieren waarin er een erfelijke, natuurlijk verkregen of experimenteel geïnduceerde biologische werkwijze voor wetenschappelijk onderzoek, dat een of meer soortgelijke ziekte bij mensen parameters." Artrose diermodellen zijn nuttig voor het bestuderen van de evolutie van de structurele veranderingen in de gezamenlijke weefsels te bepalen hoe de verschillende risicofactoren ze initiëren of bijdragen tot het ontstaan van deze veranderingen, evenals voor het evalueren van de therapeutische maatregelen. Men moet niet vergeten dat artrose - een ziekte niemand weefsel - kraakbeen, en al het aangetaste gewricht weefsels, waaronder het subchondrale bot, synovium, meniscus, ligamenten, periarticulaire spieren en afferente zenuwuiteinden die zowel buiten als binnen het gewrichtskapsel liggen. De lopende onderzoeken van farmacologische agentia op diermodellen zijn voornamelijk gericht op hun effect op gewrichtskraakbeen. Op experimentele modellen is het onmogelijk om het belangrijkste symptoom van osteoartritis bij mensen te evalueren - gewrichtspijn. Tegelijkertijd in de simulatie van osteoartritis bij dieren geen rekening houdt met een aantal belangrijke factoren die bijdragen tot de ontwikkeling en progressie van osteoartritis (bijvoorbeeld de verticale positie van het lichaam, zwakte periarticulaire spieren cs.).

Natuurlijk is het meest voor de hand liggende model van de ziekte degene die de grootste overeenkomst vertoont met veranderingen in menselijke artrose. De meest interessante modellen van osteoartrose bij dieren worden gepresenteerd in termen van studies naar de effectiviteit van DMOAD (disease modifying OA-geneesmiddelen). Ondanks het feit dat een aantal geneesmiddelen in deze groep de progressie van experimenteel geïnduceerde of spontane artrose bij dieren voorkomt of vertraagt, bleken ze allemaal ondoeltreffend wanneer ze hun effecten bestudeerden bij mensen.

Modellen van artrose bij dieren

Modellering mechanisme	Soort dieren	Factor / agent induceren	Bron
Spontane artrose	Cavia's	Leeftijd / overgewicht	Bendele AM et al., 1989
	Muizen STR / ORT, STR / INS	Genetische aanleg	The Gupta EP et al., 1993 Dunham J. Et al., 1989 Dunham J. Et al., 1990
	Zwarte muis C57	Genetische aanleg	OkabeT., 1989 StabescyR. Et al., 1993 Takahama A. 1990 van der Kraan PM et al., 1990
	Muizen	Collageen II-mutatie	GarofaloS. Etal., 1991
	Muizen	Collageen IX-mutatie	NakataK. Etal, 1993
	Honden	Heupdysplasie	SmaleG. Etal., 1995
	Primaten	Genetische aanleg	Alexander CJ, 1994 Carlson CS et al., 1994 ChateauvertJ.M. Etal., 1990
Chemisch geïnduceerde artrose	Kippen	Joodacetaat in / s *	Kalbhen DA, 1987
	Konijnen	Papaïne in / s	MarcelonG. Et al., 1976 CoulaisY. Et al., 1983 CoulaisY. Et al., 1984
	Cavia's	Papaïne in / s	TanakaH. Etal., 1992
	Honden	Chymopapain in / s	Leipold HR etal., 1989
	Muizen	Papaïne in / s	Van der Kraan P.M. Etal., 1989
	Muizen	Collagenase in / met	Van der Kraan P.M. Etal., 1989
	Muizen	TGF-R w / s	Van den Berg W.B.. 1995
	Konijnen	Hypertonische NaCl-oplossing	VasilevV. Etal .. 1992
Fysieke (chirurgische) inductie-zwervende artrose	Honden	Kruising van het voorste kruisband (unilateraal)	Marshall JL et al., 1971 Brandt KD, 1994
	Honden	Kruising van het voorste kruisband (bilateraal)	Marshall KW. Chan AD, 1996
	Konijnen	Kruis anterieur kruisband	Christensen SB, 1983 VignonE. Etal., 1991
	Schapen	Meniskэktomiya	Ghosh P. Et al., 1993
	Konijnen	Meniskэktomiya	FamA.G. Etal., 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Cavia's	Meniskэktomiya	Bendele AM, 1987
	Cavia's	Mioektomiya	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. Et al., 1987 Dedrick DK et al., 1991
	Konijnen	Contusie van de patella	OegemaT.RJ, etal., 1993 MazieresB. Etal., 1990
	Konijnen	Immobilisatie	Langenskiold A. Et al., 1979 Videman, 1982, 1982
	Honden	Immobilisatie	Howell DS et al., 1992 Ratcliffe A. Et al., 1994 PalmoskiM., Brandt KD, 1981
	Honden	Denervatie met daaropvolgende kruising van het voorste kruisband	VilenskyJA et al., 1994

* in / s - intra-articulair.

Fysisch en chemisch geïnduceerde modellen van osteoartrose zijn op dit moment erg populair, maar ze weerspiegelen eerder de processen die worden waargenomen bij secundaire osteoartritis bij mensen dan bij idiopathische. Een alternatief voor hen zijn modellen van spontane artrose bij tweevoetige primaten en viervoeters.

Sommige auteurs zijn zeer sceptisch over het modelleren van artrose bij dieren in het algemeen. Dus, volgens MEJ Billingham (1998), is het gebruik van modellen voor de ontdekking van osteoartritische modificerende geneesmiddelen een "... Kostbaar avontuur".

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

Modellen van spontane artrose

Vrijwel alle inteeltlijnen van muizen ontwikkelen artrose met verschillende ernst en lokalisatie. De hoogste incidentie van osteoartritis en het meest ernstige verloop van de ziekte wordt waargenomen in STR / ORT- en STR / INS-muizen. Onder STR / ORT-muizen komt de ziekte vaker voor, bij mannetjes is deze ernstiger dan bij vrouwen. De primaire schade aan gewrichtskraakbeen ontstaat in het mediale deel van de scheenbeenplaat. Er werd aangenomen dat het optreden van veranderingen in het kraakbeen van de knieschijf voorafgaat mengen echter RG Evans et al (1994) en S. Collins et al (1994) vonden dat alle muizen van deze lijn kraakbeenschade ontwikkeld tot 11 maanden, maar niet alle gedetecteerde verplaatsing knieschijf . Dezelfde auteurs gevonden dat veranderingen in het gewrichtskraakbeen bij muizen STR / ORT lijnen vaak voorafgegaan door chondrocyten-osteoblastische cellen metaplasie van de pezen en ligamenten rond de aangetaste kniegewrichten, welke de prioriteit van deze veranderingen in de pathogenese van osteoartritis bij dit model aangeeft. Het is mogelijk dat de primaire verkalking van ligamenten en pezen verandert mechanische druk op de intra-articulaire structuren en verdere veranderingen in het gewrichtskraakbeen tijdens een poging om de normale belasting op de verbinding te behouden. In tegenstelling tot de modellen met behulp van cavia's en makaken, waarvan kraakbeendegeneratie voorafgaan aan veranderingen in het subchondrale bot bij muizen STR / ORT lijnen en STR / INS subchondrale sclerose verschijnt later.

Het voordeel van dit model van artrose is de kleine omvang van de dieren, waarvoor een minimale uitgave van het farmacologische testmiddel vereist is. De omvang is echter ook een nadeel, omdat biochemische, pathohistologische kraakbeenanalyses moeilijk zijn bij muizen.

Onderzoek А.М. Bendele, JE Hulman (1988), A.M. Bendel en collega's (1989), evenals SCR Meacock et al (1990), gewijd aan de studie van de natuurlijke geschiedenis van spontane artrose in cavia's, geïntensiveerd interesse in deze ziekte model. Sinds de leeftijd van 13 maanden hebben alle mannelijke cavia's van de Dunkin Hurtley-lijn degeneratie van het gewrichtskraakbeen. Vergelijkbare veranderingen bij vrouwtjes verschijnen iets later en hebben een milder karakter. Op de leeftijd van 1 jaar wordt een volledig verlies van gewrichtskraakbeen waargenomen in de mediale condylus van het femur en de plaat van het scheenbeen. Verhoogd lichaamsgewicht marine svinoklinii Dunkin Hurtley verergert de ziekte en het lichaamsgewicht verminderen tot minder dan 900 g en verbetert het verloop van artrose. Op de leeftijd van 8 weken worden in dit model al veranderingen in het subchondrale bot waargenomen, d.w.z. De laatste gaan vooraf aan kraakbeenschade. Veranderingen in de kruisbanden van de kniegewrichten kunnen het hermodelleren van botweefsel versnellen.

Spontane osteoartritis ontwikkelt zich bij rhesus- en cynomolgus-apen. Een zeer belangrijk voordeel van primaten ten opzichte van andere dieren die worden gebruikt om een experimenteel model van osteoartritis te creëren, is tweevoetig. De ziekte ontwikkelt zich bij personen van middelbare of ouderdom. Vroege histologische bevindingen zijn een verdikking van het subchondrale bot, gevolgd door fragmentatie van het gewrichtskraakbeen in de mediale plaat van het bollylebische bot. Later is de zijplaat bij het proces betrokken. Het is opmerkelijk dat degeneratie van gewrichtskraakbeen zich pas begint te ontwikkelen nadat de dikte van het subchondrale bot 400 μm bereikt. De toename in prevalentie en ernst van osteoartritis bij makaken vindt met de leeftijd plaats, maar deze parameters worden niet beïnvloed door geslacht en lichaamsgewicht. Tot nu toe zijn modellen van osteoartritis bij primaten niet gebruikt om de effectiviteit van DMOAD's te bestuderen.

Modellen van fysiek (chirurgisch) geïnduceerde artrose

Modellen van artrose, gebaseerd op chirurgisch geïnduceerde loslating van de kniegewrichten, waarbij de mechanische druk op hen wordt gewijzigd, worden het vaakst gebruikt bij honden en konijnen. Het meest gebruikte model is de kruising van kruisbanden bij honden. Bij het maken van een chirurgische model van osteoarthritis konijnen middels bediening door een kruising met uitsnijding van kruisbanden en de mediale collaterale gewrichtsband of zonder, geheel of gedeeltelijk meniscectomie, chirurgische scheur meniscus. Cavia's beschrijven chirurgische modellen van osteoartritis, gemaakt door kruising van de kruisband en collaterale ligamenten, gedeeltelijke meniscectomie. Gedeeltelijke meniscactomie bij cavia's leidt tot de vorming van osteophyten gedurende 2 weken en buitensporige degeneratie van gewrichtskraakbeen gedurende 6 weken.

Tot voor kort was een model van artrose bij honden die zich ontwikkelen na het oversteken van de voorste kruisband, sceptisch in de afwezigheid van ulceratie van kraakbeen en significante progressie van de ziekte waargenomen bij artrose bij de mens. JL Marshall en S. - E. Olsson (1971) vonden dat veranderingen in de weefsels van de kniegewrichten bij honden praktisch hetzelfde waren als die onmiddellijk na 2 jaar na de operatie werden geregistreerd. De auteurs suggereerden dat mechanische factoren (bijvoorbeeld gewrichtscapsulaire fibrose en osteofytvorming) het kniegewricht na de operatie losmaken en verdere progressie van de vernietiging van het gewrichtskraakbeen voorkomen. Er werd ook gesuggereerd dat dit model als een model van kraakbeenbeschadiging en -reparatie wordt beschouwd, en niet als een model van osteoartritis. Echter, de resultaten van onderzoek uitgevoerd door KD Brandt et al (1991), die langer wordt bestudeerd de dynamiek van veranderingen in de weefsels van de knie, gedestabiliseerd door het snijpunt van de voorste kruisband, weerlegde de veronderstelling van de vorige auteurs.

SA McDevitt en collega's (1973, 1977) dat in de eerste dagen na het overschrijden van de kruisbanden verhoogt proteoglycansynthese door chondrocyten van gewrichtskraakbeen. Tijdens de 64 weken na inductie van chirurgische instabiliteit van het kniegewricht kraakbeendikte hoger dan normaal, ofschoon biochemische, metabolische en histologische veranderingen daarvan overeen met die van artrose. Deze verdikking van het kraakbeen was geassocieerd met een verhoogde synthese van proteoglycanen en hun hoge concentratie in het gewrichtskraakbeen. Met behulp van magnetische resonantie beeldvorming (MPT), ME Adams en KD Brandt (1991) toonde aan dat na het overschrijden van de kruisbanden kraakbeenhypertrofie gedurende 36 maanden in de toekomst er een progressief verlies van kraakbeen, zodat na 45 maanden veel van de gewrichtsoppervlakken vrij kraakbeen. Morfologisch onderzoek van kraakbeen 54 maanden na de operatie bevestigde de resultaten van MRI. Dus, M.E. Adams en KD Brandt (1991) hebben aangetoond dat chirurgisch geïnduceerde instabiliteit van kniegewrichten bij honden kan worden beschouwd als een model van OA.

Het fenomeen van hypertrofische reparatie van gewrichtskraakbeen wordt goed geïllustreerd door het hierboven beschreven model van osteoartritis bij honden. Het is echter bekend dat dit fenomeen niet alleen inherent is. Hypertrofie van gewrichtskraakbeen, dat een herstellend karakter had, werd voor het eerst beschreven bij patiënten met artrose EGL Bywaters (1937) en later LC Johnson. Het wordt ook gedetecteerd in andere modellen van artrose - bij konijnen na een gedeeltelijke meniscectomie (Vignon E. Et al., 1983), rhesus makaken kraakbeenhypertrofie spontane ontwikkeling.

Actuele beschrijving van de pathogenese is vooral gericht op de geleidelijke "verlies" van het kraakbeen, maar de auteurs vaak over de verdikking en verhoogde synthese van proteoglycanen, die overeenkomt met de homeostatische fase gestabiliseerde osteoartritis. Tijdens deze fase compenseert kraakbeenreparatie het verlies ervan en kan het gewricht gedurende lange tijd in een functionele toestand blijven. Maar herstellende weefsel vaak niet kunnen omgaan met zijn mandaat spanning als het doet gezond gewrichtskraakbeen, wat leidt tot een onvermogen om normale chondrocyten matrixsamenstelling handhaven en de synthese van proteoglycanen verlagen. De laatste fase van osteoartritis ontwikkelt zich.

De studie van Sharko's arthropathie leidde tot het verschijnen van een methode voor neurogene versnelling van de modellering van chirurgisch geïnduceerde osteoartritis. Charcot's arthropathie wordt gekenmerkt door ernstige vernietiging van gewrichten, articulaire "muizen", effusie van het gewricht, instabiliteit van ligamenten, de vorming van nieuw bot en kraakbeenweefsel in het gewricht. Het algemene concept van de pathogenese van Charcot arthropathie (neurogene) onderbroken, aftastsignalen van proprioceptoren en nociceptoren benen in het centrale zenuwstelsel (CNS). Om de progressie van osteoartritis geïnduceerd door het snijpunt van de voorste kruisband honden versnellen voor de operatie of excisie bedienen gangliyektomiyu zenuw innerveren het gewricht, wat leidt tot het verschijnen van kraakbeenerosies reeds in de eerste week na de operatie. Interessant is dat de nieuwe DMOAD diacereïne bleek effectief te zijn bij gebruik in de langzaam progressieve (neurologisch intact) osteoartritis modellen, maar met neurogene versnelde artrose experimentele drug was ineffectief.

Tot slot moet worden opgemerkt dat het onmogelijk is om de identiteit van een experimenteel model van artrose en artrose bij de mens volledig te kunnen beoordelen, omdat de etiologie en pathogenese van de exacte mechanismen van de ziekte tot nu toe nog niet opgehelderd. Zoals eerder gezegd, de belangrijkste doelstelling van het gebruik van experimentele modellen van artrose bij dieren is om ze te gebruiken om de effectiviteit van nieuwe geneesmiddelen te evalueren, met name van de "wijziging van de ziekte." De waarschijnlijkheid hoe de resultaten van de behandeling van een dier valt samen met de resultaten van de experimentele farmacologisch middel bij mensen, evenmin worden bepaald. NS Doherty et al (1998) gericht op de grote verschillen tussen de soorten dieren die voor het modelleren van artrose, door een op de ontwikkeling van de pathologie van verscheidene neurotransmitters, receptoren, enzymen, leidend tot vertekende extrapolatie van therapeutische activiteit van nieuwe geneesmiddelen bij dieren de mens . Een voorbeeld is de hoge effectiviteit van NSAID's bij het modelleren van inflammatoire artritis bij knaagdieren. Dit heeft geleid tot een nieuwe beoordeling van de effectiviteit van NSAID's bij de mens, die prostaglandines niet een fundamentele rol spelen in de pathogenese van de ziekte, die ze spelen bij knaagdieren en klinische werkzaamheid van NSAID's is beperkt tot het behandelen van de symptomen in plaats van de ziekte modificatie.

Tegelijkertijd kan onderschatting van nieuwe farmacologische middelen bij de studie van hun effectiviteit in diermodellen leiden tot verlies van potentieel effectieve therapeutische middelen bij mensen. Goudzouten, penicillamine, chloroquine en sulfasalazine, die een bepaald effect hebben in de therapie van reumatoïde artritis, zijn absoluut niet effectief bij dieren die worden gebruikt voor het screenen van antireumatische geneesmiddelen.

Unlike dier gesimuleerde respons van de patiënt met osteoartritis en artrose DMOAD behandeling hangt grotendeels af van de collagenase - een enzym dat wordt verondersteld actief betrokken bij de pathogenese van osteoartritis. Bij knaagdieren met gesimuleerde OA vaak vinden remmers van interstitieel collagenase (collagenase-1 of matrix metalloproteinase (MMP) -1), maar de homoloog van humaan collagenase-1 bij knaagdieren kan niet worden gevonden, misschien niet bestaat. Aldus zullen specifieke remmers van humaan collagenase-1 geen therapeutische werkzaamheid vertonen bij knaagdieren met experimentele osteoartritis. De meeste MMP-remmers die tot nu toe zijn gemaakt, zijn niet-selectief en remmen daarom collagenase-3 (MMP-13), dat betrokken is bij de pathogenese van experimentele osteoartritis bij knaagdieren. Bovendien hebben studies aangetoond NRI Beeley et al (1994), JMP Freije et al (1994), collagenase-3 wordt tot expressie gebracht in menselijke gewrichtskraakbeen bij patiënten met osteoartritis en kan een rol spelen bij de pathogenese van de ziekte.

Er kan worden aangenomen dat deze mediatoren, receptoren of enzymen een vergelijkbare rol spelen in de pathogenese van gesimuleerde osteoartritis bij een bepaald dier en bij mensen. Een voorbeeld is de mogelijkheid chemotactische leukotrieen B4, een mens, muis en konijn wordt geacht hetzelfde te zijn, maar de activiteit van de antagonisten van de werkzame stof varieert diersoorten 1000 keer. Om dergelijke onnauwkeurigheden in experimenten te voorkomen, is het noodzakelijk om methoden te creëren waarmee farmacodynamica in vivo kan worden onderzocht . Men kan bijvoorbeeld het effect van stoffen op de activiteit van exogene enzymen of menselijke bemiddelaars bestuderen. Deze techniek is toegepast V Ganu et al (1994) om de activiteit van MMP-remmers te evalueren door het bepalen van het vermogen van geneesmiddelen om na injectie in menselijke stromelezina kniegewricht van een konijn de afgifte van proteoglycanen uit gewrichtskraakbeen remmen.

Hoewel de resultaten die in het gesimuleerde osteoartritis-experiment zijn verkregen, kunnen leiden tot een onjuiste evaluatie van potentieel DMOAD, spelen de modellen van artrose bij dieren een belangrijke rol in basale onderzoeken. De uiteindelijke beslissing over de effectiviteit van farmacologische middelen bij de behandeling van ziekten bij de mens kan alleen worden uitgevoerd na de derde fase van klinische proeven bij mensen.