Pemodelan eksperimental osteoartritis pada hewan

K.R.N. Pritzker (1994) mendefinisikan model eksperimental penyakit pada hewan sebagai "kelompok hewan homogen yang mewarisi, proses biologis alami yang diakuisisi atau diinduksi secara eksperimental yang menjalani penelitian ilmiah, yang dalam satu atau lebih parameter serupa dengan pada manusia." Model osteoarthrosis pada hewan mudah untuk menyelidiki evolusi perubahan struktural pada jaringan artikular untuk menentukan bagaimana berbagai faktor risiko memulai atau berkontribusi pada munculnya perubahan ini, dan juga untuk menilai tindakan terapeutik yang digunakan. Harus diingat bahwa osteoarthritis - penyakit tidak ada jaringan - tulang rawan, dan semua jaringan sendi yang terkena, termasuk tulang, sinovium, meniskus, ligamen, otot periarticular subchondral dan ujung saraf aferen yang terletak baik di luar maupun di dalam kapsul sendi. Penelitian agen farmakologis yang sedang berlangsung mengenai model hewan berfokus terutama pada efeknya pada tulang rawan artikular. Pada model eksperimen tidak mungkin untuk mengevaluasi gejala utama osteoartritis pada orang - nyeri sendi. Pada saat yang sama dalam simulasi osteoarthritis pada hewan tidak memperhitungkan sejumlah faktor penting yang berkontribusi terhadap pengembangan dan perkembangan osteoarthritis (misalnya, posisi vertikal dari tubuh, kelemahan otot periarticular dan lain-lain.).

Tentu saja, model penyakit yang paling jelas adalah penyakit yang memiliki kesamaan terbesar dengan perubahan osteoarthritis manusia. Model yang paling menarik dari osteoarthrosis pada hewan disajikan dalam hal studi tentang efektivitas DMOAD (penyakit yang memodifikasi obat OA). Terlepas dari kenyataan bahwa sejumlah obat dalam kelompok ini mencegah atau memperlambat perkembangan osteoartritis eksperimental atau spontan pada hewan, saat mempelajari pengaruhnya pada manusia, semuanya terbukti tidak efektif.

Model osteoartritis pada hewan

Mekanisme pemodelan	Jenis binatang	Faktor penginduksi / agen	Sumber
Spontan osteoarthritis	Babi Guinea	Umur / Kegemukan	Bendele AM etal., 1989
	Tikus STR / ORT, STR / INS	Predisposisi genetik	Gupta EP et al., 1993 Dunham J. Etal., 1989 Dunham J. Etal., 1990
	Tikus hitam C57	Predisposisi 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	Hip Displasia	SmaleG. Etal., 1995
	Primata	Predisposisi genetik	Alexander CJ, 1994 Carlson CS etal., 1994 ChateauvertJ.M. Etal., 1990
Osteoarthritis yang diinduksi secara kimia	Ayam	Iodoacetate di / s *	Kalbhen DA, 1987
	Kelinci	Papain di / s	MarcelonG. Et al., 1976 CoulaisY. Et al., 1983 CoulaisY. Et al., 1984
	Babi Guinea	Papain di / s	TanakaH. Etal., 1992
	Anjing	Chymopapain di / s	Leipold HR etal., 1989
	Tikus	Papain di / s	Van der Kraan PM et al., 1989
	Tikus	Kolagenase di / dengan	Van der Kraan PM et al., 1989
	Tikus	TGF-R w / s	Van den Berg WB. 1995
	Kelinci	Larutan NaCl hipertonik	VasilevV. Etal .. 1992
Fisik (bedah) osteoarthritis induksi-keliling	Anjing	Persimpangan ligamentum anterior cruciatum (unilateral)	Marshall JL etal., 1971 Brandt KD, 1994
	Anjing	Persimpangan ligamentum cruciatum anterior (bilateral)	Marshall KW. Chan AD, 1996
	Kelinci	Cross anterior ligamentum cruciatum	Christensen SB, 1983 VignonE. Etal., 1991
	Domba	Meniskektomi	Ghosh P. Etal., 1993
	Kelinci	Meniskektomi	FamA.G. Etal., 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Babi Guinea	Meniskektomi	Bendele AM, 1987
	Babi Guinea	Myoektomi	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. Etal, 1987 Dedrick DK et al., 1991
	Kelinci	Penyebaran patela	OegemaT.RJ, etal., 1993 MazieresB. Etal., 1990
	Kelinci	Imobilisasi	Langenskiold A. Et al., 1979 Videman, 1982, 1982
	Anjing	Imobilisasi	Howell DS etal., 1992 Ratcliffe A. Et al., 1994 PalmoskiM., Brandt KD, 1981
	Anjing	Denervasi dengan persimpangan berikutnya dari ligamentum anterior cruciatum	VilenskyJA etal., 1994

* in / s - intraarticularly.

Model osteoarthrosis yang diinduksi secara fisik dan kimia sangat populer saat ini, namun lebih mencerminkan proses yang diamati pada osteoarthritis sekunder pada manusia daripada pada penyakit idiopatik. Sebuah alternatif untuk mereka adalah model osteoartritis spontan pada primata bipedal dan hewan berkaki empat.

Beberapa penulis sangat skeptis tentang pemodelan osteoartritis pada hewan pada umumnya. Jadi, menurut MEJ Billingham (1998), penggunaan model untuk penemuan obat pengubah osteoarthritis adalah "... Sebuah petualangan mahal".

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

Model osteoarthritis spontan

Hampir semua garis inbrida tikus mengembangkan osteoartritis dengan tingkat keparahan dan lokalisasi yang bervariasi. Insiden osteoartritis tertinggi dan penyakit yang paling parah diamati pada tikus STR / ORT dan STR / INS. Di antara tikus STR / ORT, penyakit ini lebih sering terjadi, lebih parah pada pria daripada pada wanita. Kerusakan primer pada tulang rawan artikular berkembang di bagian medial tibia plate. Diasumsikan bahwa munculnya perubahan tulang rawan didahului oleh pencampuran patela, namun RG Evans dan rekan penulis (1994), S. Collins dan rekan penulis (1994) menemukan bahwa pada semua tikus pada garis ini kerusakan tulang rawan berkembang 11 bulan, namun tidak semua memiliki patela bias . Penulis yang sama menemukan bahwa perubahan tulang rawan artikular pada tikus STR / ORT sering didahului oleh metaplasia chondrocyte-osteoblastic pada sel tendon dan ligamen di sekitar sendi lutut yang terkena, yang menunjuk pada keutamaan perubahan patogenesis osteoarthritis ini dalam model ini. Ada kemungkinan bahwa kalsifikasi utama ligamen dan tendon mengubah tekanan mekanis pada struktur intraartikular dan perubahan lebih lanjut pada tulang rawan artikular mencerminkan upaya untuk mempertahankan beban normal pada sendi. Berbeda dengan model menggunakan kelinci percobaan dan kera, yang degenerasi tulang rawan mendahului perubahan dalam tulang subchondral pada tikus garis STR / ORT dan STR / INS subchondral sclerosis muncul kemudian.

Keuntungan dari model osteoarthritis ini adalah ukuran hewan yang kecil, yang membutuhkan pengeluaran minimal dari agen farmakologis tes. Namun, ukurannya juga merupakan kelemahan, karena biokimia, analisis kartilago patohistologis sulit dilakukan pada tikus.

Penelitian А.М. Bendele, JE Hulman (1988), A.M. Bendel dkk (1989), dan juga SCR Meacock et al. (1990), yang ditujukan untuk mempelajari aktivitas alami osteoarthritis spontan pada kelinci percobaan, telah meningkatkan minat terhadap model penyakit ini. Sejak usia 13 bulan, semua kelinci jantan dari garis Dunkin Hurtley mengalami degenerasi tulang rawan artikular. Perubahan serupa pada wanita tampak agak lambat dan memiliki karakter yang lebih ringan. Pada usia 1 tahun, kehilangan tulang rawan artikular lengkap diamati pada kondilus medial femur dan lempeng tibia. Kenaikan berat badan babi laut Dunkin Hurtley memperburuk perjalanan penyakit, dan penurunan berat badan hingga 900 g dan kurang memperbaiki jalannya osteoarthritis. Pada usia 8 minggu, perubahan pada tulang subchondral sudah teramati pada model ini, mis. Yang terakhir mendahului kerusakan tulang rawan. Perubahan ligamen lutut sendi lutut bisa mempercepat remodeling jaringan tulang.

Spontan osteoarthritis berkembang pada monyet rhesus dan cynomolgus. Keuntungan yang sangat penting dari primata pada hewan lain yang digunakan untuk membuat model eksperimental osteoartritis adalah biped. Penyakit ini berkembang pada individu usia menengah / tua. Temuan histologis awal adalah penebalan tulang subchondral dengan artikulasi kartilago artikular di pelat medial tulang bollelebic. Nantinya, lempeng lateral terlibat dalam prosesnya. Perlu dicatat bahwa degenerasi tulang rawan artikular mulai berkembang hanya setelah ketebalan tulang subchondral mencapai 400 μm. Peningkatan prevalensi dan tingkat keparahan osteoartritis pada kera terjadi seiring bertambahnya usia, namun parameter ini tidak terpengaruh oleh jenis kelamin dan berat badan. Sampai saat ini, model osteoartritis pada primata belum digunakan untuk mempelajari keefektifan DMOADs.

Model osteoarthritis yang diinduksi secara fisik (pembedahan)

Model osteoarthritis, berdasarkan pembengkakan sendi akibat persendian yang diinduksi oleh pembedahan, mengubah tekanan mekanis pada mereka, paling sering digunakan pada anjing dan kelinci. Model yang paling banyak digunakan adalah persimpangan ligamentum cruciatinasi pada anjing. Saat membuat model bedah osteoarthritis, kelinci menggunakan operasi untuk melintasi ligamentum cruciatum dengan eksisi ligamen medial dan agunan atau tanpa itu, meniscactomy total atau parsial, ruptur bedah menisci. Babi Guinea menggambarkan model bedah osteoarthritis, yang dibuat dengan melintasi ligamen kurus dan kolateral, meniskektomi parsial. Meniscactomy parsial pada kelinci percobaan menyebabkan pembentukan osteofit selama 2 minggu dan degenerasi kartilago artikular yang berlebihan selama 6 minggu.

Sampai saat ini, model osteoarthritis pada anjing yang berkembang setelah melewati ligamentum anterior cruciatum skeptis mengingat kurangnya ulserasi tulang rawan dan perkembangan penyakit yang ditandai pada osteoarthritis manusia. JL Marshall dan S. - E. Olsson (1971) menemukan bahwa perubahan pada jaringan sendi lutut pada anjing hampir sama dengan yang tercatat segera setelah 2 tahun setelah operasi. Penulis menyarankan agar faktor mekanik (misalnya, fibrosis artikular kapsul dan pembentukan osteofit) menstabilkan sendi lutut yang longgar setelah operasi dan mencegah perkembangan lebih lanjut dari kerusakan tulang rawan artikular. Juga disarankan agar model ini dianggap sebagai model kerusakan tulang rawan dan perbaikan, bukan model osteoarthritis. Namun, hasil penelitian yang dilakukan oleh KD Brandt dan rekan penulis (1991), yang mempelajari dinamika perubahan jaringan sendi lutut yang tidak stabil oleh persimpangan ligamen anterior cruciatum, menyangkal asumsi para penulis sebelumnya.

S.A. McDevitt dan rekan penulis (1973, 1977) menemukan bahwa bahkan selama hari-hari pertama setelah persilangan ligamen cruciatum, sintesis proteoglikan oleh kondroskop tulang rawan artikular meningkat. Dalam waktu 64 minggu setelah ketidakstabilan lutut yang merangsang induksi, ketebalan tulang rawan artikular lebih tinggi daripada normal, walaupun perubahan biokimia, metabolik dan histologis di dalamnya berhubungan dengan osteoartritis. Penebalan kartilago ini dikaitkan dengan peningkatan sintesis proteoglikan dan konsentrasi tinggi pada tulang rawan artikular. Dengan menggunakan Magnetic Resonance Imaging (MPT), ME Adams dan KD Brandt (1991) menunjukkan bahwa setelah melintasi ligamentum cruciatum, hipertrofi tulang rawan dipertahankan selama 36 bulan, kemudian terjadi penurunan tulang rawan yang progresif, sehingga setelah 45 bulan sebagian besar permukaan artikular dicabut tulang rawan Pemeriksaan morfologi tulang rawan 54 bulan setelah operasi dikonfirmasi hasil MRI. Dengan demikian, M.E. Adams dan KD Brandt (1991) telah menunjukkan bahwa instabilitas persendian lutut pada anjing dapat dianggap sebagai model OA.

Fenomena perbaikan kartilago kartilago hipertrofi digambarkan dengan baik oleh model osteoartritis yang dijelaskan di atas pada anjing. Namun, diketahui bahwa fenomena ini tidak hanya melekat padanya. Hipertrofi kartilago artikular, yang bersifat reparatif, pertama kali dijelaskan pada pasien dengan osteoartritis EGL Bywaters (1937), dan kemudian LC Johnson. Hal ini juga ditemukan pada model osteoartritis lainnya - pada kelinci setelah meniscactomy parsial (Vignon E. Dkk, 1983), pada monyet rhesus, hipertrofi tulang rawan berkembang secara spontan.

Gambaran patogenesis saat ini terutama berfokus pada "kehilangan" tulang rawan yang progresif, namun seringkali para penulis mengabaikan penebalan dan penguatan sintesis proteoglikan, yang sesuai dengan fase homeostatik dari osteoartritis stabil. Selama fase ini, perbaikan tulang rawan mengkompensasi kehilangan dan dapat mempertahankan sendi dalam keadaan fungsional untuk waktu yang lama. Tetapi jaringan reparatif seringkali tidak dapat mengatasi beban mekanis yang dikenakan padanya dengan cara yang sama seperti tulang rawan artikular yang sehat, yang menyebabkan ketidakmampuan kondrosit mempertahankan komposisi normal matriks dan mengurangi sintesis proteoglikan. Tahap akhir osteoarthritis berkembang.

Studi tentang arthropathy Sharko menyebabkan munculnya metode percepatan neurogenik pemodelan osteoarthritis yang diinduksi pembedahan. Artropati Charcot ditandai dengan penghancuran sendi yang parah, "tikus" artikular, efusi pada sendi, ketidakstabilan ligamen, pembentukan jaringan tulang dan kartilaginosa baru di dalam sendi. Konsep umum patogenesis arthropati Sharko (neurogenik) terdiri dari interupsi sinyal sensitif dari proprioseptor dan nociceptors ekstremitas ke dalam sistem saraf pusat (SSP). Untuk mempercepat perkembangan osteoartritis yang disebabkan oleh persimpangan ligamentum anterior cruciatum pada anjing, ganglionektomi atau eksisi sendi innervating saraf dilakukan sebelum operasi, yang menyebabkan erosi tulang rawan pada minggu pertama setelah operasi. Menariknya, diacerein DMOAD yang baru efektif bila digunakan pada model osteoarthritis progresif (neurologis yang utuh secara utuh), namun dengan osteoartritis eksperimental yang dipercepat secara neurogenik, obat tersebut tidak efektif.

Kesimpulannya, perlu dicatat bahwa tidak mungkin untuk sepenuhnya menilai identitas model eksperimental osteoarthritis dan osteoarthritis pada manusia, karena etiologi dan patogenesis mekanisme yang tepat dari penyakit sejauh ini belum dijelaskan. Seperti yang dinyatakan sebelumnya, tugas utama menggunakan model eksperimental osteoarthritis pada hewan adalah penggunaannya untuk mengevaluasi keefektifan obat baru, terutama kelompok "modifikasi penyakit". Kemungkinan bahwa hasil pengobatan hewan akan bertepatan dengan hasil penggunaan agen farmakologis eksperimental pada manusia juga tidak dapat ditentukan. NS Doherty dan rekan penulis (1998) memusatkan perhatian pada perbedaan signifikan antara spesies hewan yang digunakan untuk model osteoarthritis dalam hal patologi yang berbeda, mediator, reseptor, enzim yang berbeda, yang mengarah ke ekstrapolasi bias aktivitas terapeutik obat baru yang digunakan pada hewan ke manusia. . Contohnya adalah tingginya efektivitas NSAID dalam pemodelan radang sendi pada tikus. Hal ini menyebabkan penilaian ulang terhadap efektivitas NSAID pada orang yang prostaglandin tidak memainkan peran mendasar dalam patogenesis penyakit yang mereka mainkan pada hewan pengerat, dan keampuhan klinis NSAID terbatas pada pengobatan gejala dan bukan modifikasi penyakit.

Pada saat yang sama, meremehkan agen farmakologis baru dalam studi keefektifannya pada model hewan dapat menyebabkan hilangnya agen terapeutik yang berpotensi efektif pada manusia. Misalnya, garam emas, penicillamine, chloroquine dan sulfasalazine, yang memiliki efek pasti dalam pengobatan rheumatoid arthritis, sama sekali tidak efektif pada hewan yang digunakan untuk skrining obat antirematik.

Perbedaan antara respon hewan terhadap osteoartritis simulasi dan pasien dengan osteoarthritis untuk pengobatan DMOAD sangat bergantung pada kolagenase, enzim yang diyakini terlibat aktif dalam patogenesis osteoartritis. Pada hewan pengerat dengan OA model, penghambat kolagenase interstisial (kolagenase-1 atau matriks metaloproteinase (MMP) -1) sering ditemukan, namun homolog kolagenase-1 manusia tidak ditemukan pada tikus, mungkin tidak ada. Dengan demikian, inhibitor spesifik kolagenase-1 manusia tidak akan menunjukkan efikasi terapeutik pada hewan pengerat dengan osteoarthritis eksperimental. Sebagian besar penghambat MMP yang dibuat sampai saat ini tidak selektif dan oleh karena itu menghambat kolagenase-3 (MMP-13), yang terlibat dalam patogenesis osteoarthritis eksperimental pada hewan pengerat. Selain itu, studi oleh NRA Beeley dan rekan penulis (1994), JMP Freije dan rekan penulis (1994) menunjukkan bahwa kolagenase-3 manusia diekspresikan dalam tulang rawan artikular pasien dengan osteoartritis dan, mungkin, berperan dalam patogenesis penyakit ini.

Dapat diasumsikan bahwa mediator, reseptor atau enzim ini memainkan peran serupa dalam patogenesis osteoarthritis simulasi pada hewan tertentu dan pada manusia. Contohnya adalah kemampuan kemotaktik leukotrien B4, yang sama pada manusia, tikus dan kelinci, namun aktivitas antagonis zat aktif biologis antara spesies hewan ini berbeda 1000 kali. Untuk menghindari ketidakakuratan dalam eksperimen, perlu dibuat metode yang memungkinkan penyelidikan farmakodinamika in vivo. Sebagai contoh, seseorang dapat mempelajari efek dari setiap zat pada aktivitas enzim eksogen atau mediator manusia. Teknik ini diterapkan oleh V Ganu dan rekan penulis (1994) untuk menilai aktivitas inhibitor MMP dengan menentukan kemampuan obat untuk menghambat pelepasan proteoglikan dari tulang rawan artikular setelah injeksi stromiolin manusia ke dalam lutut kelinci.

Terlepas dari kenyataan bahwa hasil yang diperoleh dalam eksperimen pada simulasi osteoartritis dapat menyebabkan evaluasi DMOAD yang salah, model osteoarthrosis pada hewan memainkan peran penting dalam studi dasar. Keputusan akhir tentang efektivitas agen farmakologi dalam pengobatan penyakit manusia dapat dilakukan hanya setelah tahap ketiga percobaan klinis pada manusia.