Experimentelle Modellierung von Osteoarthritis bei Tieren

K. R. N. Pritzker (1994) definierte ein experimentelles Modell von Krankheiten bei Tieren als „homogene Gruppe von Tieren , bei denen es eine vererbt wird, natürlich erworbene oder experimentell induzierter biologischer Prozess unterliegt die wissenschaftliche Forschung, dass ein oder mehrere Parameter ähnlich wie Krankheit beim Menschen.“ Osteoarthritis Tiermodelle sind nützlich für die Entwicklung der strukturellen Veränderungen in den Gelenkgeweben zu studieren , um zu bestimmen , wie die verschiedenen Risikofaktoren sie initiieren oder zur Entstehung dieser Veränderungen beitragen, sowie für die therapeutischen Maßnahmen zu bewerten. Es muss daran erinnert werden , dass Osteoarthritis - eine Krankheit niemand Gewebe - Knorpel, und alle betroffenen Gelenkgewebe, einschließlich der subchondrale Knochen, Synovium, Meniskus, Bänder, Muskeln und periartikuläre afferenten Nervenenden , die sowohl außerhalb als auch innerhalb der Gelenkkapsel liegen. Die laufenden Studien von pharmakologischen Wirkstoffen an Tiermodellen konzentrieren sich hauptsächlich auf ihre Wirkung auf Gelenkknorpel. Auf experimentellen Modellen ist es unmöglich, das Hauptsymptom der Osteoarthritis in Leuten - Gelenkschmerz zu bewerten. Zur gleichen Zeit in der Simulation von Arthrose bei Tieren nehmen nicht berücksichtigt eine Reihe von wichtigen Faktoren, die zur Entwicklung und Progression von Osteoarthritis beitragen (zB die vertikalen Position des Körpers, Schwäche periartikulären Muskeln und andere.).

Das offensichtlichste Modell der Krankheit ist natürlich dasjenige, das die größte Ähnlichkeit mit Veränderungen der menschlichen Osteoarthritis hat. Die interessantesten Modelle der Osteoarthrose bei Tieren werden anhand von Studien zur Wirksamkeit von DMOAD (krankheitsmodifizierende OA-Medikamente) vorgestellt. Trotz der Tatsache, dass eine Reihe von Medikamenten in dieser Gruppe das Fortschreiten von experimentell induzierter oder spontaner Osteoarthritis bei Tieren verhindert oder verlangsamt, erwiesen sich alle bei der Untersuchung ihrer Wirkungen beim Menschen als unwirksam.

Modelle von Osteoarthritis bei Tieren

Modellierungsmechanismus	Art von Tieren	Induzierender Faktor / Agent	Quelle
Spontane Osteoarthritis	Meerschweinchen	Alter / Übergewicht	Bendele AM et al., 1989
	Mäuse STR / ORT, STR / INS	Genetische Veranlagung	Das-Gupta E.P. Et al., 1993 Dunham J. Et al., 1989, Dunham J. Et al., 1990
	Schwarze Maus C57	Genetische Veranlagung	OkabeT., 1989 StabescyR. Et al., 1993 Takahama A. 1990 van der Kraan PM et al., 1990
	Mäuse	Kollagen II-Mutation	GarofaloS. Et al., 1991
	Mäuse	Kollagen IX-Mutation	NakataK. Et al., 1993
	Hunde	Hüftdysplasie	SmaleG. Et al., 1995
	Primaten	Genetische Veranlagung	Alexander CJ, 1994 Carlson CS et al., 1994 ChateauvertJ.M. Et al., 1990
Chemisch induzierte Osteoarthritis	Hühner	Iodacetat in / s *	Kalbhen DA, 1987
	Kaninchen	Papain in / s	MarcelonG. Et al., 1976 CoulaisY. Et al., 1983 CoulaisY. Et al., 1984
	Meerschweinchen	Papain in / s	TanakaH. Et al., 1992
	Hunde	Chymopapain in / s	Leipold HR et al., 1989
	Mäuse	Papain in / s	Van der Kraan PM et al., 1989
	Mäuse	Kollagenase in / mit	Van der Kraan PM et al., 1989
	Mäuse	TGF-R w / s	Van den Berg WB. 1995
	Kaninchen	Hypertonische NaCl-Lösung	VasilevV. Et al .. 1992
Physische (chirurgische) Induktions-Roving-Osteoarthritis	Hunde	Schnitt des vorderen Kreuzbandes (einseitig)	Marshall JL et al., 1971 Brandt KD, 1994
	Hunde	Schnitt des vorderen Kreuzbandes (bilateral)	Marshall KW. Chan AD, 1996
	Kaninchen	Kreuzes vorderes Kreuzband	Christensen SB, 1983 VignonE. Et al., 1991
	Schafe	Meniskektomie	Ghosh P. Et al., 1993
	Kaninchen	Meniskektomie	FamA.G. Et al., 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Meerschweinchen	Meniskektomie	Bendele AM, 1987
	Meerschweinchen	Myoektomie	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. Et al., 1987 Dedrick DK et al., 1991
	Kaninchen	Prellung der Patella	OegemaT.RJ, et al., 1993 MazieresB. Et al., 1990
	Kaninchen	Immobilisierung	Langenskiold A., et al., 1979, Videeman, 1982, 1982
	Hunde	Immobilisierung	Howell DS et al., 1992 Ratcliffe A. Et al., 1994 PalmoskiM., Brandt KD, 1981
	Hunde	Denervation mit anschließendem Schnittpunkt des vorderen Kreuzbandes	VilenskyJA et al., 1994

* in / s - intraartikulär.

Physikalisch und chemisch induzierte Modelle der Osteoarthrose sind in der heutigen Zeit sehr populär, spiegeln aber eher die Prozesse wider, die bei der sekundären Arthrose beim Menschen beobachtet werden als bei idiopathischen. Eine Alternative zu ihnen sind Modelle der spontanen Osteoarthritis bei zweibeinigen Primaten und Vierbeiner.

Einige Autoren sind sehr skeptisch gegenüber der Modellierung von Osteoarthritis bei Tieren im Allgemeinen. Nach MEJ Billingham (1998) ist die Verwendung von Modellen zur Entdeckung von osteoarthritischen modifizierenden Medikamenten ein "... Kostspieliges Abenteuer".

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Modelle der spontanen Arthrose

Praktisch alle Inzuchtlinien von Mäusen entwickeln eine Osteoarthrose unterschiedlicher Schwere und Lokalisation. Die höchste Inzidenz von Osteoarthritis und der schwerste Krankheitsverlauf wird bei STR / ORT- und STR / INS-Mäusen beobachtet. Bei STR / ORT-Mäusen ist die Krankheit häufiger, bei Männern ist sie ausgeprägter als bei Frauen. Die primäre Schädigung des Gelenkknorpels entwickelt sich im medialen Teil der Tibiaplatte. Es wurde angenommen, dass das Auftreten von Veränderungen im Knorpel der Patella vorangeht Vermischen aber RG Evans et al (1994) und S. Collins et al (1994) fand heraus, dass alle Mäuse dieser Schäden Linie Knorpel bis 11 Monate entwickelt, aber nicht bei allen Verdrängungs patellar detektiert . Die gleichen Autoren fanden, dass Veränderungen des Gelenkknorpels bei Mäusen STR / ORT Linien oft von Chondrozyten-Osteoblasten-Zell Metaplasie der Sehnen und Bänder um die betroffenen Kniegelenke voraus, die die Priorität dieser Veränderungen in der Pathogenese der Arthrose in diesem Modell gibt. Es ist möglich, dass die primäre Kalzifizierung von Bändern und Sehnen mechanischen Druck auf den intra-artikulären Strukturen ändert, und weitere Veränderungen im Gelenkknorpel einen Versuch, spiegelt die normale Last auf dem Gelenk zu halten. Im Gegensatz zu den Modellen unter Verwendung von Meerschweinchen und Makaken, Degeneration, deren Knorpeln voraus Veränderungen des subchondralen Knochen in Mäusen STR / ORT Linien und STR / IN subchondrale Sklerose später erscheint.

Der Vorteil dieses Modells der Osteoarthritis ist die geringe Größe der Tiere, die einen minimalen Aufwand des pharmakologischen Testmittels erfordert. Die Größe ist jedoch auch ein Nachteil, da eine biochemische, pathohistologische Knorpelanalyse bei Mäusen schwierig ist.

Forschung А.М. Bendele, JE Hulman (1988), A.M. Bendel et al. (1989) sowie SCR Meacock et al. (1990), die sich dem Studium des natürlichen Verlaufs von spontaner Osteoarthritis bei Meerschweinchen widmen, haben das Interesse an diesem Krankheitsmodell verstärkt. Seit dem 13. Lebensmonat weisen alle männlichen Meerschweinchen der Dunkin-Hurtley-Linie eine Degeneration des Gelenkknorpels auf. Ähnliche Veränderungen bei Frauen erscheinen etwas später und sind milder. Im Alter von 1 Jahr wird ein vollständiger Verlust an Gelenkknorpel im medialen Kondylus des Femurs und der Tibiaplatte beobachtet. Die Zunahme des Körpergewichts der Dunkin Hurtley-Meerschweinchen verschlimmert den Verlauf der Krankheit und eine Abnahme des Körpergewichts von bis zu 900 g und weniger verbessert den Verlauf der Osteoarthritis. Im Alter von 8 Wochen werden Veränderungen im subchondralen Knochen bereits in diesem Modell beobachtet, d.h. Letztere gehen Knorpelschäden voraus. Veränderungen der Kreuzbänder der Kniegelenke können die Remodellierung von Knochengewebe beschleunigen.

Spontane Osteoarthritis entsteht bei Rhesus- und Cynomolgus-Affen. Ein sehr wichtiger Vorteil von Primaten gegenüber anderen Tieren, die verwendet werden, um ein experimentelles Modell von Osteoarthritis zu erzeugen, ist Biped. Die Krankheit entwickelt sich bei Personen mittleren / hohen Alters. Frühe histologische Befunde sind eine Verdickung des subchondralen Knochens, gefolgt von einer Fragmentierung des Gelenkknorpels in der medialen Platte des bollylebischen Knochens. Später ist die Seitenplatte in den Prozess involviert. Es ist bemerkenswert, dass die Degeneration des Gelenkknorpels sich erst dann zu entwickeln beginnt, wenn die Dicke des subchondralen Knochens 400 μm erreicht. Die Zunahme der Prävalenz und Schwere der Osteoarthritis bei Makaken tritt mit dem Alter auf, aber diese Parameter werden nicht durch Geschlecht und Körpergewicht beeinflusst. Bis jetzt wurden Modelle von Osteoarthritis bei Primaten nicht verwendet, um die Wirksamkeit von DMOADs zu untersuchen.

Modelle physikalisch (chirurgisch) induzierter Osteoarthritis

Modelle von Osteoarthritis, basierend auf chirurgisch induzierter Lockerung der Kniegelenke, die den mechanischen Druck auf sie verändern, werden am häufigsten bei Hunden und Kaninchen verwendet. Das am weitesten verbreitete Modell ist der Schnittpunkt des Kreuzbandes bei Hunden. Bei der Erstellung von chirurgischen Modellen der Osteoarthritis verwenden Kaninchen Operationen, um das Kreuzband mit Exzision des medialen und kollateralen Bänder oder ohne es, vollständige oder teilweise Meniskektomie, chirurgische Ruptur des Meniskus zu überqueren. Meerschweinchen beschreiben chirurgische Modelle von Osteoarthritis, die durch Kreuzen der Kreuzband- und Seitenbänder, partielle Meniskektomie entstehen. Die partielle Meniskektomie bei Meerschweinchen führt zur Bildung von Osteophyten über 2 Wochen und zu einer übermäßigen Degeneration des Gelenkknorpels für 6 Wochen.

Bis vor kurzem war das Modell der Osteoarthritis bei Hunden, das sich nach dem Überkreuzen des vorderen Kreuzbandes entwickelte, skeptisch angesichts des Fehlens von Knorpelgeschwüren und des deutlichen Fortschreitens der bei der menschlichen Osteoarthritis beobachteten Krankheit. JL Marshall und S. - E. Olsson (1971) stellten fest, dass Veränderungen in den Geweben der Kniegelenke bei Hunden praktisch dieselben waren wie unmittelbar nach 2 Jahren nach der Operation. Die Autoren schlugen vor, dass mechanische Faktoren (z. B. Gelenkkapselfibrose und Osteophytenbildung) das Kniegelenk nach der Operation stabilisieren und ein weiteres Fortschreiten der Zerstörung des Gelenkknorpels verhindern. Es wurde auch vorgeschlagen, dass dieses Modell als ein Modell für Knorpelschäden und -reparatur und nicht als ein Modell für Osteoarthritis angesehen wird. Allerdings sind die Ergebnisse der Untersuchungen von KD Brandt et al (1991), die mehr die Dynamik der Veränderungen in den Geweben des Knies untersucht, die durch den Schnitt des vorderen Kreuzbandes destabilisiert, widerlegt die Annahme früherer Autoren.

S.A. McDevitt und Kollegen (1973, 1977) festgestellt, dass in den ersten Tagen nach den Kreuzbänder überquert Proteoglykansynthese durch Chondrozyten des Gelenkknorpels erhöht. Während der 64 Wochen nach der Induktion von chirurgischer Instabilität des Kniegelenk Knorpeldicke höher war als normal, obwohl biochemische, Stoffwechsel- und histologische Veränderungen darin zu denen in Osteoarthritis entsprechen. Diese Verdickung der mit einer erhöhten Synthese von Proteoglycanen verbunden sind Knorpel und deren hoher Konzentration in der Gelenkknorpel. Unter Verwendung der Magnetresonanztomographie (MPT), ME Adams und KD Brandt (1991) zeigten, dass die Kreuzbänder Knorpelhypertrophie nach der Überquerung von 36 Monaten in der Zukunft aufrecht erhielt es ein fortschreitender Verlust von Knorpel ist, so dass nach 45 Monaten viel der Gelenkflächen frei Knorpel. Morphologische Untersuchung des Knorpels 54 Monate nach der Operation bestätigte die Ergebnisse der MRT. Somit hat M.E. Adams und KD Brandt (1991) haben gezeigt, dass chirurgisch induzierte Instabilität des Kniegelenks bei Hunden kann ein Modell von OA in Betracht gezogen werden.

Das Phänomen der hypertrophen Reparatur von Gelenkknorpel wird durch das oben beschriebene Modell der Osteoarthritis bei Hunden gut veranschaulicht. Es ist jedoch bekannt, dass dieses Phänomen nicht nur ihm innewohnt. Die Hypertrophie des Gelenkknorpels, der reparativer Natur war, wurde zuerst bei Patienten mit Osteoarthritis EGL Bywaters (1937) und später LC Johnson beschrieben. Es wird auch in anderen Modellen der Osteoarthritis gefunden - bei Kaninchen nach partieller Meniskektomie (Vignon E. Et al., 1983) entwickelt sich bei Rhesusaffen spontan Knorpelhypertrophie.

Datum Beschreibung der Pathogenese konzentriert sich hauptsächlich auf die fortschreitende „Verlust“ des Knorpels, aber die Autoren oft übersehen seine Verdickung und erhöhte Synthese von Proteoglykanen, die entspricht der Homöostase Phase Osteoarthritis stabilisiert. Während dieser Phase kompensiert die Knorpelreparatur ihren Verlust und kann das Gelenk für lange Zeit funktionsfähig halten. Aber reparative Gewebe oft nicht mit ihrem mandats mechanischen Belastung bewältigen, wie sie eine gesunde Gelenkknorpel, die zu einer Unfähigkeit führen normale Chondrozyten-Matrix-Zusammensetzung zu erhalten und die Synthese von Proteoglykanen zu verringern. Das Endstadium der Arthrose entwickelt sich.

Die Untersuchung der Arthropathie von Sharko führte zum Auftreten einer Methode der neurogenen Beschleunigung der Modellierung chirurgisch induzierter Osteoarthritis. Charcot Arthropathie ist gekennzeichnet durch schwere Gelenkzerstörung, artikulieren „mice“, Erguss in das Gelenk, Bandinstabilität, die Bildung von neuen Knochen und Knorpel im Gelenk aus. Das allgemeine Konzept der Pathogenese des Charcot Arthropathie (neurogen) ist, Sensorsignale von Propriozeptoren Nozizeptoren und Gliedmaßen im Zentralnervensystem (ZNS) unterbrochen. Um das Fortschreiten der Arthrose durch den Schnitt des vorderen Kreuzbandes bei Hunden vor der Operation oder Exzision induzierten Beschleunigung arbeiten gangliyektomiyu Nerven die gemeinsame Innervation, die von Knorpelerosionen bereits in der ersten Woche nach der Operation, um das Aussehen führt. Interessanterweise stellte sich das neue DMOAD Diacerein wirksam, wenn sie in den langsam fortschreitenden (neurologisch intakt) Osteoarthritis Modellen, aber mit neurogener beschleunigtem Osteoarthritis experimentelles Medikament war unwirksam verwendet erwiesen.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass es unmöglich ist, die Identität eines experimentellen Modells von Osteoarthritis und Arthrose beim Menschen vollständig beurteilen zu können, da die Ätiologie und Pathogenese der genauen Mechanismen der Krankheit bisher nicht aufgeklärt worden. Wie bereits erwähnt, ist das Hauptziel der Verwendung von experimentellen Modellen von Arthrose bei Tieren, sie zu verwenden, um die Wirksamkeit neuer Medikamente zu bewerten, vor allem der „Modifizierung der Krankheit.“ Die Wahrscheinlichkeit, wie die Ergebnisse der Behandlung eines Tieres mit den Ergebnissen der experimentellen pharmakologischen Wirkstoff beim Menschen zusammenfallen wird, kann auch nicht festgestellt werden. NS Doherty et al (1998) konzentrierte sich auf die wesentlichen Unterschiede zwischen den Arten von Tieren für die Modellierung von Arthrose eingesetzt, in Bezug auf unterschiedliche Entwicklung der Pathologie verschiedener Neurotransmitter, Rezeptoren, Enzyme, zu voreingenommen Extrapolation der therapeutischen Wirksamkeit neuer Medikamente führen bei Tieren auf den Menschen verwendet . Ein Beispiel ist die hohe Wirksamkeit von NSAIDs bei der Modellierung von entzündlicher Arthritis bei Nagetieren. Dies hat beim Menschen zu einer Neubewertung der Wirksamkeit von NSAIDs geführt, die Prostaglandine nicht eine fundamentale Rolle in der Pathogenese der Krankheit spielen, die sie bei Nagetieren zu spielen, und die klinische Wirksamkeit von NSAIDs ist beschränkt auf die Behandlung der Symptome, anstatt die Krankheit Modifikation.

Gleichzeitig kann die Unterschätzung neuer pharmakologischer Wirkstoffe bei der Untersuchung ihrer Wirksamkeit in Tiermodellen zum Verlust potenziell wirksamer Therapeutika beim Menschen führen. Zum Beispiel sind Goldsalze, Penicillamin, Chloroquin und Sulfasalazin, die eine definitive Wirkung bei der Behandlung von rheumatoider Arthritis haben, bei Tieren, die für das Screening von Antirheumatika verwendet werden, absolut ineffektiv.

Im Gegensatz zu Tier simulierte Reaktion des Patienten mit Arthrose und Osteoarthritis DMOAD Behandlung hängt weitgehend von der Kollagenase - ein Enzym, das geglaubt wird, in der Pathogenese der Arthrose aktiv beteiligt sein. Bei Nagetieren mit simuliertem OA häufig finden Inhibitoren der interstitiellen Kollagenase (Kollagenase-1 oder Matrix-Metalloproteinase (MMP) -1), aber das Homolog der menschlichen Kollagenase-1 bei Nagern kann nicht gefunden werden, vielleicht, existiert es nicht. Somit zeigen spezifische Inhibitoren von menschlicher Kollagenase-1 keine therapeutische Wirksamkeit bei Nagetieren mit experimenteller Osteoarthritis. Die meisten der MMP-Inhibitoren bisher geschaffen, nicht-selektiv und deshalb in der Pathogenese der experimenteller Osteoarthritis beteiligt Kollagenase-3 (MMP-13) in Nagern inhibiert. Darüber hinaus haben Studien NRA Beeley et al (1994), JMP Freije et al (1994), Kollagenase-3 wird im menschlichen Gelenkknorpel bei Patienten mit Osteoarthritis ausgedrückt und kann eine Rolle bei der Pathogenese der Erkrankung spielen.

Es kann angenommen werden, dass diese Mediatoren, Rezeptoren oder Enzyme eine ähnliche Rolle in der Pathogenese der simulierten Osteoarthritis bei einem bestimmten Tier und beim Menschen spielen. Ein Beispiel ist die chemotaktische Fähigkeit von Leukotrien B4, die bei Menschen, Mäusen und Kaninchen die gleiche ist, aber die Aktivität von Antagonisten dieser biologisch aktiven Substanz zwischen Tierarten ist 1000-fach verschieden. Um solche Ungenauigkeiten in Experimenten zu vermeiden, müssen Methoden entwickelt werden, die eine Untersuchung der Pharmakodynamik in vivo ermöglichen. Zum Beispiel kann man die Wirkung irgendwelcher Substanzen auf die Aktivität exogener Enzyme oder menschlicher Mediatoren untersuchen. Diese Technik wurde V Ganu et al (1994) angewandt , um die Aktivität von MMP - Inhibitoren zu bewerten , indem sie die Fähigkeit von Arzneimitteln Bestimmung der Freisetzung von Proteoglykanen aus Gelenkknorpel nach der Injektion in humanen stromelezina Kaninchenkniegelenk zu hemmen.

Obwohl die Ergebnisse des simulierten Osteoarthritis-Experiments zu einer falschen Bewertung des potenziellen DMOAD führen können, spielt das Modell der Osteoarthrose bei Tieren eine wichtige Rolle in den Grundlagenstudien. Die endgültige Entscheidung über die Wirksamkeit von pharmakologischen Wirkstoffen bei der Behandlung von menschlichen Krankheiten kann erst nach der dritten Phase der klinischen Versuche am Menschen getroffen werden.