Експериментальні моделі патології хрящової тканини

Автор(и)

  • D. S. Nosivets SI “Dnipropetrovsk Medical Academy of the Ministry of Health of Ukraine”, Dnipro, Ukraine,

DOI:

https://doi.org/10.14739/2310-1210.2019.4.173362

Ключові слова:

експериментальна модель, остеоартроз

Анотація

 

На підставі аналітичного огляду даних фахової літератури зробили спробу огляду, систематизації способів формування остеоартрозу шляхом експериментального моделювання патології хрящової тканини. Остеоартроз – дегенеративно-дистрофічне захворювання синовіальних суглобів людини та тварин. У людини остеоартроз є поширеною та інвалідизуючою патологією опорно-рухового апарату, що призводить до вираженого порушення якості життя та соціальної дезадаптації. Сучасна концепція розвитку цієї патології характеризує захворювання як поліетіологічне, на виникнення, розвиток якого впливають як фактори довкілля, так і особливості організму. Поширеність і наслідки остеоартрозу зумовили масову зацікавленість цим захворюванням широкого кола фахівців різного профілю, дослідження яких спрямовані на розв’язання питань, що пов’язані з оптимізацією лікувальної тактики та підвищення ефективності та безпеки зокрема й медикаментозного лікування. Для вивчення ефективності й безпеки лікарських речовин, засобів і препаратів, які застосовують для лікування остеоартрозу, використовують експериментальне моделювання на тваринах. Створення експериментальної моделі покликане відтворити патологічний процес, який етіологічними та/або патогенетичними ознаками ідентичний захворюванню у людини. Розглянули основні різновиди експериментальних моделей патології хрящової тканини, схарактеризували різні види експериментальних тварин, описали деякі експериментальні моделі, зробили спробу систематизації та класифікації експериментальних моделей, описали передумови для вибору раціональної моделі. На підставі аналітичного вивчення даних фахової літератури встановили: обираючи експериментальну модель, необхідно враховувати, який тип остеоартрозу треба отримати: первинний (остеоартроз, що має ендогенне – метаболічне порушення) або вторинний (посттравматичний). Крім того, на вибір експериментальної моделі патології хрящової тканини впливає вид, вік і фізіологічний стан тварини, яку взято для експерименту, що відбивається на глибині та якості відтворюваності остеоартрозу. Стаття спрямована на систематизацію наявних експериментальних моделей патології хрящової тканини, а також на допомогу у виборі оптимальної моделі та виду експериментальної тварини для відтворення якнайповнішої патологічної картини остеоартрозу.

Посилання

Nosivets, Dm. S. (2013) Farmakolohiia khondroprotektoriv (ogliad farmatsevtychnoho rynku Ukrainy) [Pharmacology of Chondroprotectors (Review Pharmaceutical Market of Ukraine)]. Visnyk problem biolohii ta medytsyny, 4(1), 57–63. [in Ukrainian].

Mamchur, V. I. & Nosyvets, D. S. (2018) Farmakologicheskie svojstva i klinicheskaya e'ffektivnost' preparata Alflutop pri lechenii patologii oporno-dvigatel'nogo apparata [Pharmacological properties and clinical efficacy of Alflutop in the treatment of musculoskeletal diseases]. Travma, 19(1), 6–12. [in Russian]. doi: 10.22141/1608-1706.1.19.2018.126660

Makushin, V. D., Stepanov, M. A. & Stupina, T. A. (2012) E'ksperimental'noe modelirovanie osteoartroza kolennogo sustava u sobak [Experimental modeling of the knee osteoarthrosis in dogs]. Biomedicina, 3, 108–115. [in Russian].

Davydov, V. B. (2012) Metody e'ksperimental'nogo modelirovaniya osteoartrozov u melkikh e'ksperimental'nyh zhivotnykh [Methods of experimental modeling of experimental osteoarthritis in small animal]. Retrieved from http://www.vethospital.ru/archives/43/ [in Russian].

Mamchur, V. I., Nosivec, D. S., Naletov, S. V., Guryanov, V. G., Palamarchuk, V. I. & Ogol, A. Zh. (2017) Racional'naya farmakoterapiya bolevogo sindroma razlichnogo geneza kombinirovannymi nesteroidnymi protivovospalitel'nymi sredstvami [Rational pharmacotherapy of pain syndrome of various genesis with combined non-steroidal anti-inflammatory drugs]. Kyiv : Vipol. [in Russian].

Opryshko, V. I. & Nosyvets, D. S. (2018) Sistemnyj obzor mezhdunarodnykh issledovanij po primeneniyu Alflutopa v kompleksnoj farmakoterapii bolevogo sindroma v oblasti spiny [Systemic review of international studies on the use of Alflutop in the comprehensive pharmacotherapy of back pain]. Mizhnarodnyi nevrolohichnyi zhurnal, 1(95), 64–69. [in Russian]. doi: 10.22141/2224-0713.1.95.2018.127415

Kovalenko, V. M., Viktorov, O. P., Korzh, M. O., Dedukh, N. V. & Lisenko, I. V. (2007) Patent. 79206 Ukraina, MPK8 G 09 V 23/28. Sposib modeliuvannia osteoartrozu z sinoviitom [Patent. 79206 Ukraine, MPK8 G 09 V 23/28. Method of osteoarthrosis modeling with synovitis]. Biul., 7. [in Ukrainian].

Lu, Z., Liu, Q., Liu, L., Wu, H., Zheng, L., & Zhao, J. M. (2018) A novel synthesized sulfonamido-based gallate-jeztc blocks cartilage degradation on rabbit model of osteoarthritis: an in vitro and in vivo study. Cell Physiol Biochem., 49(6), 2304–2319. doi: 10.1159/000493832

Chang, A., & Tang, S. Y. (2018) Determination of the depth- and time- dependent mechanical behavior of mouse articular cartilage using cyclic reference point indentation. Cartilage, 18, 1947603518786554. doi: 10.1177/1947603518786554

Liu, G., Zhang, L., Zhou, X., Zhang, B. L., Guo, G. X., Xu, P., et al. (2018) Selection and investigation of a primate model of spontaneous degenerative knee osteoarthritis, the cynomolgus monkey (macaca fascicularis). Med Sci Monit, 24, 4516–4527. doi: 10.12659/MSM.908913

Kimura, Y. (1994) Morphological changes in the knee joint of rat by intra-articular injection of vitamin A. Nippon Seikeigeka Gakkai Zasshi, 68, 572–584.

Vishnevskiy V. A. & Malyishkina S. V. (2004) Modelirovanie artroza putem vvedeniya deksametazona v kolennyy sustav krysy [Modeling arthrosis by injecting dexamethasone into a rat's knee joint]. Ortopediya, travmatologiya i protezirovanie, 4, 76–80. [in Russian].

Gou, Y., Tian, F., Kong, Q., Chen, T., Li, H., Lv, Q., & Zhang, L. (2018) Salmon Calcitonin Attenuates Degenerative Changes in Cartilage and Subchondral Bone in Lumbar Facet Joint in an Experimental Rat Model. Med Sci Monit, 24, 2849–2857. doi: 10.12659/MSM.910012

Baragi, V. M., Becher, G., Bendele, A. M., Biesinger, R., Bluhm, H., Boer, J., et al. (2009) A new class of potent matrix metalloproteinase 13 inhibitors for potential treatment of osteoarthritis: Evidence of histologic and clinical efficacy without musculoskeletal toxicity in rat models. Arthritis Rheum, 60(7), 2008–18. doi: 10.1002/art.24629

Takahashi, I., Matsuzaki, T., Kuroki, H., & Hoso, M. (2018) Induction of osteoarthritis by injecting monosodium iodoacetate into the patellofemoral joint of an experimental rat model. PLoS One, 13(4), e0196625. doi: 10.1371/journal.pone.0196625

Chandran, P., Pai, M., Blomme, E. A., Hsieh, G. C., Decker, M. W., & Honore, P. (2009) Pharmacological modulation of movement-evoked pain in a rat model of osteoarthritis. Eur. J. Pharmacol, 613(1–3), 39–45. doi: 10.1016/j.ejphar.2009.04.009

Schuelert, N., & McDougall, J. (2009) Grading of monosodium iodoacetate-induced osteoarthritis reveals a concentration-dependent sensitization of nociceptors in the knee joint of the rat. Neurosci. Lett, 465(2), 184–8. doi: 10.1016/j.neulet.2009.08.063

Yoo, S. A., Park, B. H., Yoon, H. J., Lee, J. Y., Song, J. H., Kim, H. A., et al. (2007) Calcineurin modulates the catabolic and anabolic activity of chondrocytes and participates in the progression of experimental osteoarthritis. Arth. Rheum, 56(7), 2299–2311. https://doi.org/10.1002/art.22731

Botter, S. M., van Osch, G. J., Waarsing, J. H., van der Linden, J. C., Verhaar, J. A., Pols, H. A., et al. (2008) Cartilage damage pattern in relation to subchondral plate thickness in a collagenase-induced model of osteoarthritis. Osteoarth. Cartil, 16(4), 506–514. doi: 10.1016/j.joca.2007.08.005

Kikuchi, T., Sakuta, T., & Yamaguchi, T. (1998) Intra-articular injection of collagenase induces experimental osteoarthritis in mature rabbits. Osteoarthritis Cartilage, 6(3), 177–186. doi: 10.1053/joca.1998.0110

Bian, Y., Zhang, M., & Wang, K. (2018) Taurine protects against knee osteoarthritis development in experimental rat models. Knee, 25(3), 374–380. doi: 10.1016/j.knee.2018.03.004

Kim, J. E., Song, D. H., Kim, S. H., Jung, Y., & Kim, S. J. (2018) Development and characterization of various osteoarthritis models for tissue engineering. PLoS One, 13(3), e0194288. doi: 10.1371/journal.pone.0194288

Lindström, E., Rizoska, B., Tunblad, K., Edenius, C., Bendele, A. M., Maul, D. et al. (2018) The selective cathepsin K inhibitor MIV-711 attenuates joint pathology in experimental animal models of osteoarthritis. J Transl Med, 16(1), 56. doi: 10.1186/s12967-018-1425-7

Deng, S., Zhou, J. L., Peng, H., Fang, H. S., Liu, F., & Weng, J. Q. (2018) Local intraarticular injection of vascular endothelial growth factor accelerates articular cartilagedegeneration in rat osteoarthritis model. Mol Med Rep, 17(5), 6311–6318. doi: 10.3892/mmr.2018.8652

Choudhary, D., Kothari, P., Tripathi, A. K., Singh, S., Adhikary, S., Ahmad, N., et al. (2018) Spinacia oleracea extract attenuates disease progression and sub-chondral bone changes in monosodium iodoacetate-induced osteoarthritis in rats. BMC Complement Altern Med, 18(1), 69. doi: 10.1186/s12906-018-2117-9

Geest, T., Roeleveld, D. M., Walgreen, B., Helsen, M. M., Nayak, T. K., Klein, C., et al. (2018) Imaging fibroblast activation protein to monitor therapeutic effects of neutralizing interleukin-22 in collagen-induced arthritis. Rheumatology (Oxford), 57(4), 737–747. doi: 10.1093/rheumatology/kex456

Kotelnikov, G. P., Lartsev, Yu. V., & Makhova, A. N. (2006) Sravnitel'naya ocenka strukturnykh izmenenij tkanej sustava pri razlichnykh modelyakh e'ksperimental'nogo artroza [Comparative evaluation of structural changes of joint tissues in various models of experimental arthrosis]. Kazanskij medicinskij zhurnal, 87(1), 31–35. [in Russian].

Koval’ov, G. A., Vvedenskyy, B. P. & Sandomirskiy, B. P. (2010) Tekhnologiya modelirovaniya osteoartroza krupnykh sustavov [Technology of modeling of large joints osteoarthrosis]. Biotekhnologiya, 3(4), 37–43. [in Russian].

Ma, Y., Guo, H., Bai, F., Zhang, M., Yang, L., Deng, J., & Xiong, L. (2018) A rat model of knee osteoarthritis suitable for electroacupuncture study. Exp Anim, 67(2), 271–280. doi: 10.1538/expanim.17-0142

Jean, Y. H., Wen, Z. H., Chang, Y. C., Hsieh, S. P., Tang, C. C., Wang, Y. H., & Wong, C. S. (2007) Intraarticular injection of the cyclooxygenase-2 inhibitor parecoxib attenuates osteoarthritis progression in anterior cruciate ligament transected knee in rats: role of excitatory amino acids. Osteoarth. Cartil, 15(6), 638–645. doi: 10.1016/j.joca.2006.11.008

Smith, G. Jr., Myers, S. L., Brandt, K. D., Mickler, E. A., & Albrecht, M. E. (2005) Effect of intraarticular hyaluronan injection on vertical ground reaction force and progression of osteoarthritis after anterior cruciate ligament transaction. J. Rheumatol, 32(2), 325–334.

Batiste, D. L., Kirkley, A., Laverty, S., Thain, L. M., Spouge, A. R., & Holdsworth, D. W. (2004) Exvivo characterization of articular cartilage and bone lesions in a rabbit ACL transection model of osteoarthritis using MRI and micro-CT. Osteoarth. Cartil, 12(12), 986–996. doi: 10.1016/j.joca.2004.08.010

Hayami, T., Pickarski, M., Wesolowski, G., McLane, J., Bone, A., Destefano, J., et al. (2004) The role of subchondral bone remodeling in osteoarthritis: Reduction of cartilage degeneration and prevention of osteophyte formation by alendronate in the rat anterior cruciate ligament transection model. Arth. Rheum, 50(4), 1193–1206. doi: 10.1002/art.20124

Marshall, K. W., & Chan, A. D. (1996) Arthroscopic anterior cruciate ligament transection induces canine osteoarthritis. J. Rheumatol, 23(2), 338–343.

Pastoureau, P., Chomel, A., & Bonnet, J. (1999) Evidence of early subchondral bone changes in the meniscectomized guinea pig. A densitometric study using dual-energy X-ray absorptiometry subregional analysis. Osteoarth. Cartilage, 7(5), 466–473. doi: 10.1053/joca.1999.0241

Żylińska, B., Stodolak-Zych, E., Sobczyńska-Rak, A., Szponder, T., Silmanowicz, P., Łańcut, M., et al. (2017) Osteochondral repair using porous three-dimensional nanocomposite scaffolds in a rabbit model. In Vivo, 31(5), 895–903. doi: 10.21873/invivo.11144

Janusz, M. J., Bendele, A. M., Brown, K. K., Taiwo, Y. O., Hsieh, L., & Heitmeyer, S. A. (2002) Induction of osteoarthritis in the rat by surgical tear of the meniscus: іnhibition of joint damage by a matrix metalloproteinase inhibitor. Osteoarth. Cartil, 10(10), 785–791. doi: 10.1053/joca.2002.0823

Hayami, T., Pickarski, M., Zhuo, Y., Wesolowski, G. A., Rodan, G. A., & Duong, L. T. (2006) Characterization of articular cartilage and subchondral bone changes in the rat anterior cruciate ligament transection and meniscectomized models of osteoarthritis. Bone, 38(2), 234–243. doi: 10.1016/j.bone.2005.08.007

Ungur, R. A., Florea, A., Tăbăran, A. F., Scurtu, I. C., Onac, I., Borda, I. M., et al. (2017) Chondroprotective effects of pulsed shortwave therapy in rabbits with experimental osteoarthritis. Rom J Morphol Embryol, 58(2), 465–472.

Ramekura, S., Hoshi, K., Shimoaka, T., Chung, U., Chikuda, H., Yamada, T., et al. (2005) Osteoarthritis development in novel experimental mouse models induced by knee joint instability. Osteoarth. Cartil, 13(7), 632–641. doi: 10.1016/j.joca.2005.03.004

Ma, H. L., Blanchet T. J., Peluso D., Hopkins, B., Morris, E. A., & Glasson, S. S. (2007) Osteoarthritis severity is sex dependent in a surgical mouse model. Osteoarthritis Cartilage, 15(6), 695–700. doi: 10.1016/j.joca.2006.11.005

Baek, J. H., Chun, Y. S., Rhyu, K. H., Yoon, W. K., & Cho, Y. J. (2018) Effect of ligamentum teres tear on the development of joint instability and articular cartilagedamage: an in vivo rabbit study. Anat Sci Int, 93(2), 262–268. doi: 10.1007/s12565-017-0406-x

Marijnissen, A. C., Roermund, P. M., TeKoppele, J. M., Bijlsma, J. W., & Lafeber, F. P. (2002) The canine «groove» model, compared with the ACLT model of osteoarthritis. Osteoarth. Cartil, 10(2), 145–155. doi: 10.1053/joca.2001.0491

Hulevskyi, O. K., Ivanov, H. V. & Ivanov, E. H. (2009) Patent 42133 Ukraina, MPK G09B 23/00. Sposib modeliuvannia mekhanichnoho mizhvyrostkovoho defektu suhlobnoho khriascha [Patent 42133 Ukraine, IPC G09B 23/00. Method of modeling of mechanical intervertebral defect of articular cartilage]. Biuleten, 12. [in Ukrainian].

Watanabe, K., Oue, Y., & Ikegawa, S. (2011) Animal models for bone and joint disease. Mouse models develop spontaneous osteoarthritis. Clin Calcium, 21(2), 286–293. doi: CliCa1102286293

Glasson, S. S. (2007) In vivo osteoarthritis target validation utilizing genetically-modified mice. Curr Drug Targets, 8(2), 367–376. doi: 10.2174/138945007779940061

Kurpyakov, A. P. (2009). E'ksperimental'nye modeli dlya issledovaniya povrezhdeniya i reparacii sustavnogo khryascha sinovial'nykh sustavov (Avtoref. dis…kand. med. nauk) [Experimental models for the study of damage and repair of the articular cartilage of synovial joints]. (Extended abstract of candidate’s thesis). Moscow. [in Russian].

Galois, L., Etienne, S., Grossin, L., Watrin-Pinzano, A., Cournil-Henrionnet, C., Loeuille, D., et al. (2004) Doseresponse relationship for exercise on severity of experimental osteoarthritis in rats: a pilot study. Osteoarth. Cartil, 12(10), 779–786. doi: 10.1016/j.joca.2004.06.008

Ozkan, F. U., Ozkan, K., Ramadan, S., & Guven, Z. (2009) Chondroprotective effect of N-acetylglucosamine and hyaluronate in early stages of osteoarthritis - an experimental study in rabbits. Bull. NYU Hosp. Jt. Dis, 67(4), 352–357.

Fernihough, J., Gentry, C., Malcangio, M., Fox, A., Rediske, J., Pellas, T., et al. (2004) Pain related behaviour in two models of osteoarthritis in the rat knee. Pain, 112(1–2), 83–93. doi: 10.1016/j.pain.2004.08.004

Flannery, C., Zollner, R., Corcoran, C., Jones, A. R., Root, A., Rivera-Bermúdez, M. A., et al. (2009) Prevention of cartilage degeneration in a rat model of osteoarthritis by intraarticular treatment with recombinant lubricin. Arth. Rheum, 60(3), 840–847. doi: 10.1002/art.24304

Little, C. B., & Zaki, S. (2012) What constitutes an "animal model of osteoarthritis"--the need for consensus? Osteoarthritis Cartilage, 20(4), 261–267. doi: 10.1016/j.joca.2012.01.017

Dai, G., Wang, S., Li, J., Liu, C., & Liu, Q. (2006) The validity of osteoarthritis model induced by bilateral ovariectomy in guinea pig. J. Huazhong Univ. Sci. Technol, 26(6), 716–719. doi: 10.1007/s11596-006-0624-2

Sim, B. Y., Choi, H. J., Kim, M. G., Jeong, D. G., Lee, D. G., Yoon, J. M., et al. (2018) Effects of ID-CBT5101 in preventing and alleviating osteoarthritis symptoms in a monosodium iodoacetate-induced rat model. J Microbiol Biotechnol, 28(7), 1199–1208. doi: 10.4014/jmb.1803.03032

##submission.downloads##

Номер

Розділ

Огляд