Pang-eksperimentong pagmomodelo ng osteoarthritis sa mga hayop

Tinukoy ng KRN Pritzker (1994) ang isang eksperimentong modelo ng hayop ng anumang sakit bilang "isang homogenous na grupo ng mga hayop na nagpapakita ng minana, natural na nakuha, o eksperimento na sapilitan na biological na proseso, napapailalim sa siyentipikong pagsisiyasat, na katulad sa isa o higit pang aspeto ng sakit sa tao." Ang mga modelo ng hayop ng osteoarthritis ay kapaki-pakinabang para sa pag-aaral ng ebolusyon ng mga pagbabago sa istruktura sa magkasanib na mga tisyu, upang matukoy kung paano sinisimulan o itinataguyod ng iba't ibang mga kadahilanan ng panganib ang mga pagbabagong ito, at upang suriin ang mga therapeutic na hakbang. Mahalagang tandaan na ang osteoarthritis ay hindi isang sakit ng isang tissue lamang, ang articular cartilage, ngunit ng lahat ng tissue ng apektadong joint, kabilang ang subchondral bone, synovial membrane, menisci, ligaments, periarticular muscles, at afferent nerves na may mga dulo sa labas at loob ng joint capsule. Ang mga pag-aaral ng mga ahente ng pharmacological sa mga modelo ng hayop ay pangunahing nakatuon sa kanilang mga epekto sa articular cartilage. Imposibleng suriin ang pangunahing sintomas ng osteoarthrosis sa mga tao - joint pain - sa mga eksperimentong modelo. Kasabay nito, kapag nagmomodelo ng osteoarthrosis sa mga hayop, ang isang bilang ng mga mahahalagang kadahilanan na nag-aambag sa pag-unlad at pag-unlad ng osteoarthrosis ay hindi isinasaalang-alang (halimbawa, ang patayong posisyon ng katawan ng tao, kahinaan ng periarticular na kalamnan, atbp.).

Siyempre, ang pinaka-nagpapakita na modelo ng sakit ay ang isa na may pinakamalaking pagkakatulad sa mga pagbabago sa osteoarthritis ng tao. Ang mga hayop na modelo ng osteoarthritis ay may pinakamalaking interes sa mga tuntunin ng pag-aaral ng pagiging epektibo ng mga gamot sa OA na nagpapabago ng sakit (DMOAD). Bagama't maraming gamot sa grupong ito ang pumipigil sa pag-unlad o nagpapabagal sa pag-unlad ng dulot ng eksperimento o kusang osteoarthritis sa mga hayop, lahat ng mga ito ay hindi epektibo kapag pinag-aaralan ang mga epekto nito sa mga tao.

Mga modelo ng hayop ng osteoarthritis

Mekanismo ng pagmomodelo	Mga species ng hayop	Inducing factor/ahente	Pinagmulan
Kusang osteoarthritis	Guinea pig	Edad/sobra sa timbang	Bendele AM et al., 1989
	Mga daga STR/ORT, STR/INS	Genetic predisposition	Das-Gupta EP et al., 1993 Dunham J. etal., 1989 Dunham J. etal., 1990
	Mga itim na daga C57	Genetic predisposition	OkabeT., 1989 StabescyR. etal., 1993 Takahama A.. 1990 van der Kraan PM etal., 1990
	Mga daga	Mutation ng Collagen II	GarofaloS. et al., 1991
	Mga daga	Mutation ng Collagen IX	NakataK. et al., 1993
	Mga aso	Hip dysplasia	SmaleG. et al., 1995
	Primates	Genetic predisposition	Alexander CJ, 1994 Carlson CS etal., 1994 Chateauvert JM et al., 1990
Osteoarthritis na dulot ng kemikal	Mga manok	Iodoacetate premium*	Kalbhen DA, 1987
	Mga kuneho	Papain premium	Marcelon G. etal., 1976 Coulais Y. etal., 1983 Coulais Y. et al., 1984
	Guinea pig	Papain premium	Tanaka H. et al., 1992
	Mga aso	Chymopapain v/s	Leipold HR et al., 1989
	Mga daga	Papain premium	Van der Kraan PM et al., 1989
	Mga daga	Collagenase premium	Van der Kraan PM et al., 1989
	Mga daga	TFR-R v/s	Van den Berg WB. 1995
	Mga kuneho	Hypertonic NaCI solusyon	VasilevV. et al.. 1992
Pisikal (surgically) sapilitan osteoarthritis	Mga aso	Anterior cruciate ligament transection (unilateral)	Marshall JL et al., 1971 Brandt KD, 1994
	Mga aso	Anterior cruciate ligament transection (bilateral)	Marshall KW Chan AD, 1996
	Mga kuneho	Anterior cruciate ligament transection	Christensen SB, 1983 VignonE. et al., 1991
	Tupa	Meniscectomy	Ghosh P. et al., 1993
	Mga kuneho	Meniscectomy	FamA.G. etal., 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Guinea pig	Meniscectomy	Bendele AM, 1987
	Guinea pig	Myectomy	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. etal., 1987 Dedrick DK etal., 1991
	Mga kuneho	Pagkabukol ng patella	Oegema TRJ, et al., 1993 Mazieres B. et al., 1990
	Mga kuneho	Immobilization	Langenskiold A. et al., 1979 Videman T., 1982
	Mga aso	Immobilization	Howell DS etal., 1992 Ratcliffe A. et al., 1994 PalmoskiM., Brandt KD, 1981
	Mga aso	Denervation na sinusundan ng transection ng anterior cruciate ligament	VilenskyJA et al., 1994

* intra-articular - intra-articular.

Ang pisikal at kemikal na mga modelo ng osteoarthrosis ay kasalukuyang napakapopular, ngunit ang mga ito ay nagpapakita ng mga prosesong naobserbahan sa pangalawang osteoarthrosis sa mga tao kaysa sa idiopathic osteoarthrosis. Ang isang kahalili sa kanila ay mga modelo ng kusang osteoarthrosis sa bipedal primates at quadrupeds.

Ang ilang mga may-akda ay medyo may pag-aalinlangan tungkol sa pagmomodelo ng osteoarthrosis sa mga hayop sa pangkalahatan. Kaya, ayon sa MEJ Billingham (1998), ang paggamit ng mga modelo para sa pagtuklas ng mga gamot na nagpapabago sa osteoarthrosis ay "...isang mamahaling sugal."

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

Mga modelo ng kusang osteoarthritis

Halos lahat ng inbred mouse strain ay nagkakaroon ng osteoarthrosis na may iba't ibang kalubhaan at lokalisasyon. Ang pinakamataas na saklaw ng osteoarthrosis at ang pinakamalubhang kurso ng sakit ay sinusunod sa mga daga ng mga strain ng STR/ORT at STR/INS. Sa mga daga ng STR/ORT, mas karaniwan ang sakit, at mas malala ito sa mga lalaki kaysa sa mga babae. Ang pangunahing pinsala sa articular cartilage ay bubuo sa medial na bahagi ng tibial plate. Ipinapalagay na ang hitsura ng mga pagbabago sa kartilago ay nauuna sa pag-alis ng patella, gayunpaman, RG Evans et al. (1994), C. Collins et al. (1994) natagpuan na sa lahat ng mga daga ng strain na ito, ang pinsala sa cartilage ay bubuo ng 11 buwan, ngunit hindi lahat sa kanila ay nagpakita ng pag-aalis ng patella. Ang parehong mga may-akda ay natagpuan na ang mga pagbabago sa articular cartilage sa STR / ORT mice ay madalas na nauuna sa chondrocyte-osteoblastic metaplasia ng tendon at ligament cells sa paligid ng mga apektadong joint ng tuhod, na nagpapahiwatig na ang mga pagbabagong ito ay pangunahin sa pathogenesis ng osteoarthritis sa modelong ito. Posible na ang paunang pag-calcification ng ligaments at tendons ay nagbabago sa mekanikal na stress sa mga intra-articular na istruktura at ang mga kasunod na pagbabago sa articular cartilage ay nagpapakita ng isang pagtatangka na mapanatili ang normal na joint loading. Hindi tulad ng mga modelo ng guinea pig at macaque, kung saan ang pagkabulok ng cartilage ay nauuna sa mga pagbabago sa subchondral bone, lumilitaw ang subchondral sclerosis sa ibang pagkakataon sa STR/ORT at STR/INS na mga daga.

Ang bentahe ng modelong osteoarthrosis na ito ay ang maliit na sukat ng mga hayop, na nangangailangan ng kaunting pagkonsumo ng nasubok na ahente ng pharmacological. Gayunpaman, ang laki ay isang kawalan din, dahil ang biochemical at pathohistological na pagsusuri ng kartilago sa mga daga ay mahirap.

Ang mga pag-aaral ni AM Bendele, JE Hulman (1988), AM Bendel et al. (1989), at SCR Meacock et al. (1990) na nakatuon sa pag-aaral ng natural na kurso ng kusang osteoarthrosis sa mga guinea pig ay nagpasigla ng interes sa modelong ito ng sakit. Simula sa edad na 13 buwan, lahat ng lalaking Dunkin Hurtley guinea pig ay nagkakaroon ng pagkabulok ng articular cartilage. Ang mga katulad na pagbabago sa mga babae ay lumilitaw sa ibang pagkakataon at mas banayad. Sa edad na 1 taon, ang kumpletong pagkawala ng articular cartilage ay sinusunod sa rehiyon ng medial condyle ng femur at ang tibial plate. Ang pagtaas sa timbang ng katawan ng Dunkin Hurtley guinea pig ay nagpapalubha sa kurso ng sakit, at ang pagbaba sa timbang ng katawan sa 900 g o mas mababa ay nagpapabuti sa kurso ng osteoarthrosis. Sa edad na 8 linggo, ang mga pagbabago sa subchondral bone ay nakita na sa modelong ito, ibig sabihin, ang huli ay nauuna sa pinsala sa cartilage. Ang mga pagbabago sa cruciate ligaments ng mga kasukasuan ng tuhod ay maaaring mapabilis ang pagbabago ng buto.

Ang kusang osteoarthrosis ay nabubuo sa rhesus at cynomolgus macaques. Ang isang napakahalagang bentahe ng mga primata sa iba pang mga hayop na ginamit upang lumikha ng isang eksperimentong modelo ng osteoarthrosis ay ang kanilang bipedalism. Ang sakit ay bubuo sa nasa katanghaliang-gulang/mas matanda na mga indibidwal. Ang mga maagang natuklasan sa histological ay kinabibilangan ng pampalapot ng subchondral bone na sinusundan ng fraying ng articular cartilage sa rehiyon ng medial plate ng tibia. Nang maglaon, ang lateral plate ay kasangkot din sa proseso. Kapansin-pansin, ang articular cartilage degeneration ay nagsisimula lamang na umunlad pagkatapos na ang kapal ng subchondral bone ay umabot sa 400 μm. Ang pagkalat at kalubhaan ng osteoarthrosis sa mga macaque ay tumataas sa edad, ngunit ang mga tagapagpahiwatig na ito ay hindi apektado ng kasarian at timbang ng katawan. Sa ngayon, ang mga primate na modelo ng osteoarthrosis ay hindi pa ginagamit upang pag-aralan ang pagiging epektibo ng mga DMOAD.

Mga modelo ng physically (surgically) induced osteoarthritis

Ang mga modelo ng osteoarthritis batay sa surgically induced knee laxity na nagbabago ng mekanikal na stress sa joint ng tuhod ay kadalasang ginagamit sa mga aso at kuneho. Ang pinakakaraniwang ginagamit na modelo ay ang may cruciate ligament transection sa mga aso. Ang mga surgical models ng osteoarthritis sa mga rabbits ay kinabibilangan ng transection ng cruciate ligaments na mayroon o walang excision ng medial at collateral ligaments, total o partial meniscectomy, at surgical tear ng menisci. Ang mga surgical model ng osteoarthritis sa guinea pig ay inilarawan na may kinalaman sa transection ng cruciate at collateral ligaments at partial meniscectomy. Ang bahagyang meniscectomy sa mga guinea pig ay nagreresulta sa pagbuo ng osteophyte sa loob ng 2 linggo at labis na pagkabulok ng articular cartilage sa loob ng 6 na linggo.

Hanggang kamakailan, ang canine model ng osteoarthritis kasunod ng anterior cruciate ligament transection ay tiningnan nang may pag-aalinlangan dahil sa kawalan ng cartilage ulceration at minarkahang pag-unlad ng sakit na naobserbahan sa osteoarthritis ng tao. Nalaman nina JL Marshall at S. - E. Olsson (1971) na ang mga pagbabago sa mga tisyu ng mga kasukasuan ng tuhod ng aso 2 taon pagkatapos ng operasyon ay halos magkapareho sa mga naitala kaagad pagkatapos ng operasyon. Iminungkahi ng mga may-akda na ang mga mekanikal na kadahilanan (hal., fibrosis ng joint capsule at osteophyte formation) ay nagpapatatag sa postoperatively loosened joint ng tuhod at maiwasan ang karagdagang pag-unlad ng articular cartilage na pagkasira. Iminungkahi din na ang modelong ito ay ituring na isang modelo ng pinsala at pagkumpuni ng cartilage, sa halip na isang modelo ng osteoarthritis. Gayunpaman, ang mga resulta ng mga pag-aaral na isinagawa ni KD Brandt et al. (1991), na nag-aral ng dinamika ng mga pagbabago sa mga tisyu ng mga kasukasuan ng tuhod na na-destabilize ng intersection ng anterior cruciate ligaments para sa mas mahabang panahon, ay pinabulaanan ang mga pagpapalagay ng mga naunang may-akda.

SA McDevitt et al. (1973, 1977) natagpuan na sa mga unang araw pagkatapos ng cruciate ligament transection ang synthesis ng proteoglycans ng chondrocytes ng articular cartilage ay tumataas. Sa loob ng 64 na linggo pagkatapos ng surgical induction ng knee joint instability, ang kapal ng articular cartilage ay mas mataas kaysa sa normal, bagaman ang biochemical, metabolic at histological na mga pagbabago dito ay tumutugma sa mga nasa osteoarthrosis. Ang pampalapot ng cartilage na ito ay nauugnay sa pagtaas ng synthesis ng proteoglycans at ang kanilang mataas na konsentrasyon sa articular cartilage. Gamit ang magnetic resonance imaging (MRI), ipinakita ng ME Adams at KD Brandt (1991) na pagkatapos ng transection ng cruciate ligaments ang hypertrophy ng cartilage ay pinananatili sa loob ng 36 na buwan, pagkatapos ay nangyayari ang progresibong pagkawala ng cartilage, kaya pagkatapos ng 45 buwan ang karamihan sa mga articular surface ay wala ng cartilage. Morphological examination ng cartilage 54 na buwan pagkatapos ng operasyon ay nakumpirma ang mga natuklasan ng MRI. Kaya, ipinakita ng ME Adams at KD Brandt (1991) na ang surgically induced instability ng stifle joints sa mga aso ay maaaring ituring na isang modelo ng OA.

Ang kababalaghan ng hypertrophic reparation ng articular cartilage ay mahusay na inilalarawan ng inilarawan sa itaas na modelo ng osteoarthrosis sa mga aso. Gayunpaman, ito ay kilala na ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi natatangi dito. Ang hypertrophy ng articular cartilage, na isang reparative nature, ay unang inilarawan sa mga pasyenteng may osteoarthrosis ni EGL Bywaters (1937), at kalaunan ni LC Johnson. Ito ay matatagpuan din sa iba pang mga modelo ng osteoarthrosis - sa mga kuneho pagkatapos ng bahagyang meniscectomy (Vignon E. et al., 1983), sa rhesus macaques, ang cartilage hypertrophy ay kusang bubuo.

Ang mga modernong paglalarawan ng pathogenesis ay pangunahing nakatuon sa progresibong "pagkawala" ng kartilago, ngunit madalas na tinatanaw ng mga may-akda ang pagpapalapot at pagtaas ng synthesis ng proteoglycans, na tumutugma sa homeostatic phase ng nagpapatatag na osteoarthrosis. Sa yugtong ito, ang pagsasaayos ng kartilago ay nagbabayad para sa pagkawala nito at maaaring mapanatili ang kasukasuan sa isang functional na estado sa loob ng mahabang panahon. Ngunit ang reparative tissue ay madalas na hindi makayanan ang mekanikal na pag-load na ipinataw dito sa parehong paraan tulad ng malusog na articular cartilage, na humahantong sa kawalan ng kakayahan ng mga chondrocytes na mapanatili ang normal na komposisyon ng matrix at isang pagbawas sa synthesis ng proteoglycan. Ang huling yugto ng osteoarthrosis ay bubuo.

Ang pag-aaral ng Charcot arthropathy ay humantong sa pagbuo ng isang paraan para sa neurogenic acceleration ng surgically induced osteoarthrosis modelling. Ang Charcot arthropathy ay nailalarawan sa pamamagitan ng matinding pagkasira ng magkasanib na kasukasuan, magkasanib na "mga daga", magkasanib na pagbubuhos, kawalang-tatag ng ligament, at ang pagbuo ng bagong buto at kartilago tissue sa loob ng kasukasuan. Ang pangkalahatang konsepto ng pathogenesis ng Charcot (neurogenic) arthropathy ay ang pagkagambala ng mga sensory signal mula sa limb proprioceptors at nociceptors hanggang sa central nervous system (CNS). Upang mapabilis ang pag-unlad ng osteoarthrosis sapilitan sa pamamagitan ng transection ng anterior cruciate ligaments sa mga aso, ganglionectomy o excision ng nerve innervating joint ay ginanap bago ang operasyon, na humahantong sa ang hitsura ng cartilage erosions na sa unang linggo pagkatapos ng operasyon. Kapansin-pansin, ang bagong DMOAD diacerein ay epektibo noong ginamit sa isang mabagal na progresibong (neurologically intact) na modelo ng osteoarthritis, ngunit hindi epektibo sa neurogenically accelerated experimental osteoarthritis.

Sa konklusyon, dapat tandaan na imposibleng ganap na masuri ang pagkakakilanlan ng eksperimentong modelo ng osteoarthrosis at osteoarthrosis sa mga tao, dahil ang etiology at tumpak na mekanismo ng pathogenesis ng sakit ay hindi pa nilinaw. Gaya ng nasabi kanina, ang pangunahing layunin ng paggamit ng mga eksperimentong modelo ng osteoarthrosis sa mga hayop ay gamitin ang mga ito upang masuri ang bisa ng mga bagong gamot, pangunahin sa grupong "nagbabago ng sakit". Ang posibilidad ng kung magkano ang mga resulta ng paggamot sa isang hayop ay nag-tutugma sa mga resulta ng paggamit ng isang eksperimentong parmasyutiko na ahente sa mga tao ay imposible ring matukoy. NS Doherty et al. (1998) ay binigyang-diin ang mga makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng mga species ng mga hayop na ginamit upang magmodelo ng osteoarthrosis sa mga tuntunin ng iba't ibang pag-unlad ng patolohiya, iba't ibang mga tagapamagitan, mga receptor, mga enzyme, na humahantong sa isang layunin na extrapolation ng therapeutic na aktibidad ng mga bagong gamot na ginagamit sa mga hayop sa mga tao. Ang isang halimbawa ay ang mataas na bisa ng mga NSAID sa pagmomodelo ng nagpapaalab na arthritis sa mga daga. Ito ay humantong sa isang muling pagsusuri ng bisa ng mga NSAID sa mga tao, kung saan ang mga prostaglandin ay hindi gumaganap ng pangunahing papel sa pathogenesis ng sakit na ginagawa nila sa mga rodent, at ang klinikal na bisa ng mga NSAID ay limitado sa paggamot sa sintomas kaysa sa pagbabago ng sakit.

Kasabay nito, ang pagmamaliit ng mga bagong ahente ng parmasyutiko kapag pinag-aaralan ang kanilang pagiging epektibo sa mga modelo ng hayop ay maaaring humantong sa pagkawala ng potensyal na epektibong mga therapeutic agent sa mga tao. Halimbawa, ang mga gold salt, penicillamine, chloroquine at sulfasalazine, na may ilang epekto sa paggamot ng rheumatoid arthritis, ay ganap na hindi epektibo sa mga hayop na ginagamit para sa pagsusuri ng mga antirheumatic na gamot.

Ang pagkakaiba sa tugon sa pagitan ng isang modelo ng hayop ng osteoarthrosis at isang pasyente na may osteoarthrosis sa paggamot sa DMOAD ay higit na nakasalalay sa collagenase, isang enzyme na pinaniniwalaang aktibong kasangkot sa pathogenesis ng osteoarthrosis. Ang mga inhibitor ng interstitial collagenase (collagenase-1 o matrix metalloproteinase (MMP)-1) ay madalas na matatagpuan sa mga rodent na may modelong OA, ngunit ang isang homologue ng human collagenase-1 ay hindi natagpuan sa mga rodent at maaaring wala. Kaya, ang mga tiyak na inhibitor ng collagenase-1 ng tao ay hindi magpapakita ng therapeutic efficacy sa mga rodent na may eksperimentong osteoarthrosis. Karamihan sa mga inhibitor ng MMP na nilikha hanggang ngayon ay hindi pumipili at samakatuwid ay pumipigil sa collagenase-3 (MMP-13), na kasangkot sa pathogenesis ng eksperimentong osteoarthrosis sa mga rodent. Bukod dito, tulad ng pag-aaral ni NRA Beeley et al. (1994), JMP Freije et al. (1994) ay nagpakita, ang collagenase-3 ng tao ay ipinahayag sa articular cartilage ng mga pasyente na may osteoarthritis at maaaring may papel sa pathogenesis ng sakit.

Maaaring ipagpalagay na ang mga tagapamagitan, receptor o enzyme na ito ay may katulad na papel sa pathogenesis ng namodelong osteoarthrosis sa isang partikular na hayop at sa mga tao. Ang isang halimbawa ay ang chemotactic na kapasidad ng leukotriene B4, na itinuturing na pareho sa mga tao, daga at kuneho, ngunit ang aktibidad ng mga antagonist ng biologically active substance na ito ay naiiba ng 1000 beses sa pagitan ng mga species ng hayop. Upang maiwasan ang gayong mga kamalian sa mga eksperimento, kinakailangan na lumikha ng mga pamamaraan na nagpapahintulot sa pag-aaral ng pharmacodynamics sa vivo. Halimbawa, posibleng pag-aralan ang epekto ng anumang mga sangkap sa aktibidad ng mga exogenous enzymes o mediator sa mga tao. Ang pamamaraan na ito ay ginamit ni V Ganu et al. (1994) upang masuri ang aktibidad ng mga inhibitor ng MMP sa pamamagitan ng pagtukoy sa kakayahan ng mga gamot na pigilan ang paglabas ng mga proteoglycans mula sa articular cartilage pagkatapos ng pag-iniksyon ng stromelesin ng tao sa joint ng tuhod ng isang kuneho.

Kahit na ang mga resulta na nakuha sa eksperimentong modelo ng osteoarthrosis ay maaaring humantong sa isang maling pagtatasa ng mga potensyal na DMOAD, ang mga modelo ng hayop ng osteoarthrosis ay may mahalagang papel sa pangunahing pananaliksik. Ang isang pangwakas na desisyon sa pagiging epektibo ng mga ahente ng pharmacological sa paggamot ng mga sakit ng tao ay maaari lamang gawin pagkatapos magsagawa ng phase III na mga klinikal na pagsubok sa mga tao.