Model eksperimen osteoartritis pada haiwan

K.R.N. Pritzker (1994) mendefinisikan model eksperimen apa-apa penyakit pada haiwan sebagai "kumpulan homogen haiwan di mana ada yang diwarisi, secara semula jadi yang diperoleh atau proses biologi uji kaji yang disebabkan tertakluk kepada penyelidikan saintifik, bahawa satu atau beberapa parameter sama dengan penyakit pada manusia." model osteoartritis haiwan berguna untuk mengkaji evolusi perubahan struktur dalam tisu sendi untuk menentukan bagaimana pelbagai faktor risiko mereka memulakan atau menyumbang kepada kemunculan perubahan ini, dan juga untuk menilai langkah-langkah terapeutik digunakan. Perlu diingat bahawa osteoarthritis - penyakit yang tidak tisu - tulang rawan, dan semua tisu sendi terjejas, termasuk tulang, synovium, meniskus, ligamen, otot periarticular subchondral dan pengakhiran afferent saraf yang terletak di luar dan di dalam kapsul sendi. Kajian berterusan agen farmakologi dalam model haiwan memberi tumpuan terutamanya kepada kesannya pada tulang rawan artikular. Pada model percubaan, mustahil untuk menilai gejala utama osteoarthritis pada orang - kesakitan sendi. Pada masa yang sama dalam simulasi osteoarthritis pada haiwan tidak mengambil kira beberapa faktor penting yang menyumbang kepada pembangunan dan perkembangan osteoarthritis (contohnya, kedudukan menegak badan, lemah otot periarticular dan lain-lain.).

Sudah tentu, model paling jelas penyakit ini adalah yang mempunyai persamaan yang paling besar dengan perubahan osteoarthritis manusia. Model osteoarthrosis yang paling menarik pada haiwan dibentangkan dari segi kajian ke atas keberkesanan DMOAD (penyakit yang mengubah ubat OA). Walaupun beberapa ubat-ubatan dalam kumpulan ini menghalang pembangunan atau melambatkan perkembangan osteoarthritis uji kaji yang disebabkan atau spontan pada haiwan, kajian tindakan mereka pada orang yang mereka telah tidak berkesan.

Model osteoartritis pada haiwan

Mekanisme pemodelan	Jenis haiwan	Terangkan faktor / agen	Sumber
Osteoarthritis spontan	Guinea Pigs	Umur / Berat Badan	Bendele AM etal., 1989
	Tikus STR / ORT, STR / INS	Kecenderungan genetik	The Gupta EP et al., 1993 Dunham J. Etal, 1989 Dunham J. Etal., 1990
	Mouse hitam C57	Kecenderungan genetik	OkabeT., 1989 StabescyR. Et al., 1993 Takahama A. 1990 van der Kraan PM et al., 1990
	Tikus	Mutasi kolagen II	GarofaloS. Etal, 1991
	Tikus	Mutasi kolagen IX	NakataK. Etal, 1993
	Anjing	Displasia Hip	SmaleG. Etal, 1995
	Primates	Kecenderungan genetik	Alexander CJ, 1994 Carlson CS etal., 1994 ChateauvertJ.M. Etal, 1990
Osteoarthritis disebabkan oleh kimia	Ayam	Iodoacetate dalam / s *	Kalbhen DA, 1987
	Arnab	Papain dalam / s	MarcelonG. Et al., 1976 CoulaisY. Et al., 1983 CoulaisY. Et al., 1984
	Guinea Pigs	Papain dalam / s	TanakaH. Etal, 1992
	Anjing	Chymopapain dalam / s	Leipold HR etal., 1989
	Tikus	Papain dalam / s	Van der Kraan PM et al., 1989
	Tikus	Collagenase dalam / dengan	Van der Kraan PM et al., 1989
	Tikus	TGF-R w / s	Van den Berg WB. 1995
	Arnab	Larutan NaCl Hypertonic	VasilevV. Etal .. 1992
Osteoarthritis induksi-fizikal (pembedahan) induksi	Anjing	Persimpangan ligamen anterior cruciate (unilateral)	Marshall JL etal., 1971 Brandt KD, 1994
	Anjing	Persimpangan ligamen anterior cruciate (bilateral)	Marshall KW. Chan AD, 1996
	Arnab	Salib anterior cruciate silang	Christensen SB, 1983 VignonE. Etal, 1991
	Kambing biri-biri	Meniskectomy	Ghosh P. Etal., 1993
	Arnab	Meniskectomy	FamA.G. Etal, 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Guinea Pigs	Meniskectomy	Bendele AM, 1987
	Guinea Pigs	Myoektomi	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. Etal, 1987 Dedrick DK etal, 1991
	Arnab	Perjuangan patella	OegemaT.RJ, etal., 1993 MazieresB. Etal, 1990
	Arnab	Immobilization	Langenskiold A. Et al., 1979 Videman, 1982, 1982
	Anjing	Immobilization	Howell DS etal, 1992 Ratcliffe A. Et al., 1994 PalmoskiM., Brandt KD, 1981
	Anjing	Pemeliharaan dengan persimpangan berikutnya pada ligamen anterior cruciate	VilenskyJA etal., 1994

* dalam / s - intraarticularly.

Model osteoarthrosis yang disebabkan secara fizikal dan kimia sangat popular pada masa kini, tetapi mereka lebih mencerminkan proses yang diamati dalam osteoartritis sekunder pada manusia daripada yang idiopatik. Satu alternatif kepada mereka adalah model osteoarthritis spontan dalam primata bipedal dan haiwan berbilang empat.

Sesetengah penulis sangat ragu-ragu mengenai pemodelan osteoarthritis pada haiwan pada umumnya. Oleh itu, menurut MEJ Billingham (1998), penggunaan model untuk penemuan ubat pengubahsuaian osteoarthritis adalah "... Pengembaraan mahal".

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

Model osteoarthritis spontan

Hampir semua tikus tikus inoved mengembangkan osteoartritis yang mempunyai kepelbagaian dan lokalisasi yang berbeza-beza. Insiden osteoarthritis tertinggi dan jangkitan penyakit yang paling teruk dilihat dalam tikus STR / ORT dan STR / INS. Di antara tikus STR / ORT, penyakit ini lebih biasa, ia lebih teruk pada lelaki daripada pada wanita. Kerosakan utama kepada tulang rawan artikular berkembang di bahagian tengah plat tibia. Ia telah diandaikan bahawa kemunculan perubahan dalam rawan patela mendahului pencampuran, bagaimanapun RG Evans et al (1994) dan S. Collins et al (1994) mendapati bahawa semua tikus ini kerosakan talian rawan dibangunkan untuk 11 bulan, tetapi tidak sama sekali mengesan anjakan patellar . Pengarang yang sama mendapati bahawa perubahan dalam tulang rawan artikular pada tikus garis STR / ORT sering didahului oleh metaplasia sel kondrosit-osteoblastic tendon dan ligamen di sekeliling sendi lutut yang terjejas, yang menunjukkan keutamaan perubahan ini dalam patogenesis osteoarthritis dalam model ini. Ia adalah mungkin bahawa kalsifikasi utama ligamen dan tendon perubahan tekanan mekanikal pada struktur intra-artikular dan perubahan seterusnya dalam rawan artikular mencerminkan usaha untuk mengekalkan beban normal pada sendi. Berbeza dengan model menggunakan babi guinea dan kera, yang degenerasi tulang rawan mendahului perubahan dalam tulang subchondral pada tikus garis STR / ORT dan STR / INS sclerosis subchondral muncul kemudian.

Kelebihan model osteoarthritis ini adalah saiz haiwan yang kecil, yang memerlukan perbelanjaan minimum ejen farmakologi ujian. Walau bagaimanapun, saiz juga kelemahan, kerana analisis tulang rawan biokimia, sukar untuk tikus.

Penyelidikan A. Bendele, JE Hulman (1988), A.M. Bendel et al (1989), serta SCR Meacock et al. (1990), yang menumpukan kepada kajian semula jadi osteoartritis spontan dalam babi guinea, telah meningkatkan minat dalam model penyakit ini. Sejak umur 13 bulan, semua babi guinea lelaki garis Dunkin Hurtley mengalami degenerasi tulang rawan artikular. Perubahan yang sama pada perempuan kelihatan agak lambat dan mempunyai sifat yang lebih ringan. Pada usia 1 tahun, kehilangan rawan artikular lengkap dalam keadaan condyle medial pada tulang paha dan plat tibia. Peningkatan berat badan babi laut Dunkin Hurtley memburukkan lagi penyakit, dan penurunan berat badan sehingga 900 g dan kurang memperbaiki perjalanan osteoarthritis. Pada usia 8 minggu, perubahan dalam tulang subkondal telah diperhatikan dalam model ini, iaitu yang terakhir mendahului kerosakan tulang rawan. Perubahan dalam ligamen cruciate sendi lutut boleh mempercepat pembentukan semula tisu tulang.

Osteoarthritis spontan berkembang dalam rusia dan cynomolgus monyet. Kelebihan primata terhadap haiwan lain yang digunakan untuk membuat model eksperimen osteoarthritis adalah dibuang. Penyakit ini berkembang pada individu umur pertengahan / tua. Penemuan histologi awal adalah penebalan tulang subkondral, diikuti oleh pemisahan rawan artikular pada plat medial tulang bilinlebik. Kemudian, plat lateral terlibat dalam proses tersebut. Adalah diperhatikan bahawa degenerasi rawan artikular mula berkembang hanya selepas ketebalan tulang subkondral mencapai 400 μm. Peningkatan prevalensi dan keterukan osteoartritis pada kera berlaku dengan usia, tetapi parameter ini tidak terjejas oleh jantina dan berat badan. Sehingga kini, model osteoarthritis pada primata belum digunakan untuk mengkaji keberkesanan DMOAD.

Model-model osteoarthritis yang disebabkan secara fizikal (pembedahan)

Model osteoartritis, berdasarkan pembedahan sendi lut akibat pembedahan, mengubah tekanan mekanik pada mereka, paling sering digunakan dalam anjing dan arnab. Model yang paling banyak digunakan adalah persimpangan ligamen cruciate pada anjing. Semasa membuat model pembedahan arnab osteoarthritis menggunakan operasi oleh persimpangan dengan pemotongan ligamen cruciate dan cagaran ligamen medial atau tanpa, meniscectomy sebahagian atau keseluruhan, meniskus air mata pembedahan. Babi Guinea menggambarkan model pembedahan osteoartritis, yang dicipta oleh melintasi ligamen krucut dan cagaran, meniscectomy separa. Meniscactomy separa dalam babi guinea membawa kepada pembentukan osteophytes selama 2 minggu dan degenerasi berlebihan rawan artikular untuk 6 minggu.

Sehingga baru-baru model osteoarthritis pada anjing yang membangunkan selepas menyeberangi ligamen cruciate anterior, ragu-ragu jika tiada ulser rawan dan perkembangan utama penyakit yang diperhatikan dalam osteoarthritis pada manusia. JL Marshall, dan S. - E. Olsson (1971) mendapati bahawa perubahan dalam tisu sendi lutut pada anjing selepas 2 tahun selepas pembedahan hampir tidak berbeza daripada didaftarkan dengan segera selepas itu. Penulis mencadangkan bahawa faktor mekanikal (contohnya, fibrosis kapsul sendi dan pembentukan osteophytes) menstabilkan senonoh selepas lutut pembedahan sendi dan mencegah perkembangan selanjutnya kemusnahan rawan artikular. Ia juga mencadangkan bahawa model ini dianggap model kerosakan rawan dan pembaikan, dan bukan model osteoarthritis. Walau bagaimanapun, hasil penyelidikan yang dijalankan oleh KD Brandt et al (1991), yang lagi mengkaji dinamik perubahan dalam tisu lutut, tidak stabil oleh persimpangan cruciate ligamen anterior, menafikan andaian penulis sebelumnya.

S.A. McDevitt dan rakan-rakan (1973, 1977) mendapati bahawa di hari pertama selepas itu menyeberangi ligamen cruciate meningkatkan sintesis proteoglikan oleh kondrosit rawan artikular. Dalam tempoh 64 minggu selepas induksi ketidakstabilan pembedahan ketebalan lutut tulang rawan sendi adalah lebih tinggi daripada biasa, walaupun perubahan biokimia, metabolik dan histologi di dalamnya sesuai dengan mereka yang osteoarthritis. Penebalan tulang rawan ini dikaitkan dengan peningkatan sintesis proteoglikan dan kepekatannya yang tinggi dalam rawan artikular. Menggunakan pengimejan resonans magnet (MPT), ME Adams dan KD Brandt (1991) menunjukkan bahawa selepas itu menyeberangi ligamen cruciate hipertropi rawan dikekalkan selama 36 bulan pada masa akan datang terdapat kerugian yang progresif rawan, supaya selepas 45 bulan banyak permukaan artikular tidak mempunyai rawan. Pemeriksaan morfologi rawan 54 bulan selepas operasi mengesahkan keputusan MRI. Oleh itu, M.E. Adams dan KD Brandt (1991) menunjukkan bahawa ketidakstabilan yang disebabkan oleh pembedahan sendi lutut pada anjing boleh dianggap sebagai model OA.

Fenomena pembaikan hipertrofik tulang rawan artikular digambarkan dengan baik oleh model osteoarthritis yang diterangkan di atas pada anjing. Walau bagaimanapun, diketahui bahawa fenomena ini tidak hanya melekat padanya. Hypertrophy rawan artikular, yang bersifat reparatif, mula-mula dijelaskan pada pesakit dengan osteoartritis EGL Bywaters (1937), dan kemudian LC Johnson. Ia juga dijumpai dalam model osteoartritis lain - dalam arnab selepas meniscactomy separa (Vignon E. Et al., 1983), dalam monyet rhesus, hypertrophy tulang rawan berkembang secara spontan.

Huraian tarikh patogenesis memberi tumpuan terutamanya kepada "kehilangan" progresif tulang rawan, tetapi penulis sering terlepas pandang penebalan dan sintesis peningkatan proteoglikan, yang sepadan dengan fasa homeostatic stabil osteoarthritis. Semasa fasa ini, pembaikan tulang rawan mengimbangi kerugiannya dan dapat mengekalkan sendi dalam keadaan berfungsi untuk jangka masa yang lama. Tetapi tisu reparative sering tidak dapat menghadapi tekanan mekanikal mandat kerana ia tidak sihat artikular rawan, yang membawa kepada ketidakupayaan untuk mengekalkan normal komposisi kondrosit matriks dan mengurangkan sintesis proteoglikan. Peringkat akhir osteoartritis berkembang.

Kajian arthropathy Sharko membawa kepada kemunculan kaedah pecutan neurogenik pemodelan osteoarthritis yang disebabkan oleh pembedahan. Charcot arthropathy dicirikan oleh kerosakan sendi yang teruk, menyatakan dengan jelas "tikus", lelehan ke dalam sendi, ketidakstabilan ligamen, pembentukan tulang baru dan tulang rawan dalam sendi. Konsep umum patogenesis Charcot arthropathy (neurogenik) terganggu, isyarat sensing dari proprioceptors dan nociceptor kaki dalam sistem saraf pusat (CNS). Untuk mempercepatkan perkembangan Osteoartritis disebabkan oleh persimpangan ligamen cruciate anterior pada anjing sebelum pembedahan atau pemotongan beroperasi gangliyektomiyu saraf innervating bersama, yang membawa kepada kemunculan hakisan tulang rawan sudah pada minggu pertama selepas pembedahan. Menariknya, DMOAD diacerein baru ternyata berkesan apabila digunakan dalam perlahan-lahan progresif (neurologically utuh) model osteoarthritis, tetapi dengan osteoarthritis dipercepatkan neurogenik ubat percubaan tidak berkesan.

Kesimpulannya, ia harus diperhatikan bahawa ia adalah mustahil untuk menilai sepenuhnya identiti model eksperimen osteoartritis dan osteoarthritis pada manusia, kerana etiologi dan patogenesis mekanisme sebenar penyakit ini setakat ini tidak dijelaskan. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, matlamat utama menggunakan model eksperimen osteoartritis pada haiwan adalah dengan menggunakan mereka untuk menilai keberkesanan ubat-ubatan baru, terutamanya yang "mengubah suai penyakit ini." Kemungkinan bagaimana hasil rawatan haiwan akan bertepatan dengan keputusan agen farmakologi eksperimen pada manusia, juga tidak dapat ditentukan. NS Doherty et al (1998) memberi tumpuan kepada perbezaan yang signifikan antara jenis-jenis haiwan yang digunakan untuk pemodelan osteoarthritis, dari segi pembangunan yang berbeza daripada patologi pelbagai neurotransmitter, reseptor, enzim, yang membawa kepada ekstrapolasi berat sebelah aktiviti terapeutik ubat-ubatan baru yang digunakan pada haiwan kepada manusia . Contohnya ialah keberkesanan NSAID yang tinggi dalam pemodelan arthritis keradangan dalam tikus. Ini telah membawa kepada penilaian semula keberkesanan NSAID pada manusia, yang prostaglandin tidak bermain peranan penting dalam patogenesis penyakit, yang mereka mainkan dalam tikus, dan keberkesanan klinikal NSAIDs adalah terhad kepada merawat gejala dan bukannya pengubahsuaian penyakit ini.

Pada masa yang sama, meremehkan agen farmakologi baru dalam mengkaji keberkesanannya dalam model haiwan boleh menyebabkan kehilangan agen terapeutik yang berpotensi berkesan pada manusia. Sebagai contoh, garam emas, penicillamine, chloroquine, sulfasalazine, mempunyai kesan tertentu dalam rawatan arthritis rheumatoid tidak benar-benar berkesan dalam haiwan, yang digunakan untuk saringan dadah anti-reumatik.

Tidak seperti sambutan haiwan simulasi pesakit dengan osteoartritis dan rawatan osteoarthritis DMOAD bergantung kepada collagenase - satu enzim yang dipercayai terlibat secara aktif dalam patogenesis osteoarthritis. Dalam tikus dengan simulasi OA sering mendapati penyekat daripada collagenase celahan (collagenase-1 atau matriks metalloproteinase (MMP) -1), tetapi homolog daripada collagenase-1 manusia dalam tikus tidak boleh didapati, mungkin, ia tidak wujud. Oleh itu, inhibitor spesifik kolagenase-1 manusia tidak akan menunjukkan keberkesanan terapeutik dalam tikus dengan osteoarthritis eksperimen. Sebahagian besar inhibitors MMP dicipta setakat ini, bukan terpilih dan oleh itu menghalang collagenase-3 (MMP-13) yang terlibat dalam patogenesis osteoarthritis eksperimen dalam tikus. Selain itu, kajian telah menunjukkan NRA Beeley et al (1994), JMP Freije et al (1994), collagenase-3 dinyatakan dalam rawan artikular manusia pada pesakit dengan osteoartritis, dan boleh memainkan peranan dalam patogenesis penyakit.

Ia boleh diandaikan bahawa perantara, reseptor atau enzim ini memainkan peranan yang sama dalam patogenesis osteoarthritis yang disimulasikan dalam haiwan tertentu dan pada manusia. Satu contoh adalah keupayaan chemotactic leukotriene B4, yang sama pada manusia, tikus dan arnab, tetapi aktiviti antagonis bahan biologi aktif antara spesis haiwan adalah 1000 kali ganda berbeza. Untuk mengelakkan ketidaktepatan dalam eksperimen, perlu membuat kaedah yang membolehkan penyiasatan farmakodinamik dalam vivo. Sebagai contoh, seseorang boleh mengkaji kesan apa-apa bahan pada aktiviti enzim eksogen atau mediator manusia. Teknik ini telah digunakan V Ganu et al (1994) untuk menilai aktiviti inhibitors MMP dengan menentukan keupayaan ubat untuk menghalang pembebasan proteoglikan daripada rawan artikular selepas suntikan ke stromelezina manusia bersama arnab lutut.

Walaupun keputusan yang diperolehi dalam eksperimen osteoarthritis yang disimulasikan dapat menyebabkan penilaian DMOAD yang potensial, model osteoarthrosis pada hewan memainkan peranan penting dalam kajian dasar. Keputusan akhir mengenai keberkesanan agen farmakologi dalam rawatan penyakit manusia dapat dilakukan hanya setelah fase ketiga uji klinis pada manusia.