Osteoartriidi eksperimentaalne modelleerimine loomadel

KRN Pritzker (1994) defineeris mis tahes haiguse eksperimentaalset loommudelit kui "homogeenset loomade rühma, kellel esineb pärilik, loomulikult omandatud või eksperimentaalselt indutseeritud bioloogiline protsess, mis on teaduslikult uuritud ja mis on ühes või mitmes aspektis sarnane inimese haigusega". Osteoartriidi loommudelid on kasulikud liigesekudede struktuurimuutuste evolutsiooni uurimiseks, selle kindlakstegemiseks, kuidas mitmesugused riskifaktorid neid muutusi algatavad või soodustavad, ja terapeutiliste meetmete hindamiseks. Oluline on meeles pidada, et osteoartriit ei ole ainult ühe koe, liigesekõhre, haigus, vaid see hõlmab kõiki kahjustatud liigese kudesid, sealhulgas subhondraalset luud, sünoviaalmembraani, meniske, sidemeid, periartikulaarseid lihaseid ja aferentseid närve, mille otsad asuvad nii liigesekapsli sees kui ka väljaspool seda. Farmakoloogiliste ainete uuringud loommudelites keskenduvad peamiselt nende mõjule liigesekõhredele. Osteoartroosi peamist sümptomit inimestel - liigesevalu - on eksperimentaalsetes mudelites võimatu hinnata. Samal ajal ei võeta loomade osteoartroosi modelleerimisel arvesse mitmeid olulisi tegureid, mis aitavad kaasa osteoartroosi arengule ja progresseerumisele (näiteks inimkeha vertikaalne asend, periartikulaarsete lihaste nõrkus jne).

Loomulikult on haiguse kõige illustreerivam mudel see, millel on suurim sarnasus inimese osteoartriidi muutustega. Osteoartriidi loommudelid pakuvad suurimat huvi haigust modifitseerivate osteoartriidi ravimite (DMOAD) efektiivsuse uurimise seisukohast. Kuigi mitmed selle rühma ravimid takistavad loomadel eksperimentaalselt esilekutsutud või spontaanse osteoartriidi teket või aeglustavad selle progresseerumist, osutusid need kõik inimestel toime uurimisel ebaefektiivseteks.

Osteoartriidi loommudelid

Modelleerimismehhanism	Loomaliigid	Indutseeriv tegur/agens	Allikas
Spontaanne osteoartriit	Merisead	Vanus/ülekaal	Bendele AM jt, 1989
	Hiired STR/ORT, STR/INS	Geneetiline eelsoodumus	Das-Gupta EP jt, 1993 Dunham J. jt, 1989 Dunham J. jt, 1990
	Mustad hiired C57	Geneetiline eelsoodumus	OkabeT., 1989 StabescyR. jt, 1993 Takahama A.. 1990 van der Kraan PM jt, 1990
	Hiired	Kollageeni II mutatsioon	GarofaloS. jt, 1991
	Hiired	Kollageeni IX mutatsioon	NakataK. jt, 1993
	Koerad	Puusa düsplaasia	SmaleG. jt, 1995
	Primaadid	Geneetiline eelsoodumus	Alexander CJ, 1994 Carlson CS jt, 1994 Chateauvert JM jt, 1990
Keemiliselt indutseeritud osteoartriit	Kanad	Jodoatsetaadi lisatasu*	Kalbhen DA, 1987
	Küülikud	Papaiini lisatasu	Marcelon G. jt, 1976 Coulais Y. jt, 1983 Coulais Y. et al., 1984
	Merisead	Papaiini lisatasu	Tanaka H. jt, 1992
	Koerad	Kümpopaiini v/s	Leipold HR jt, 1989
	Hiired	Papaiini lisatasu	Van der Kraan PM jt, 1989
	Hiired	Kollagenaasi lisatasu	Van der Kraan PM jt, 1989
	Hiired	TFR-R vs.	Van den Berg WB. 1995
	Küülikud	Hüpertooniline NaCl lahus	Vasilev V. jt. 1992
Füüsiliselt (kirurgiliselt) esile kutsutud osteoartriit	Koerad	Eesmise ristatisideme transektsioon (ühepoolne)	Marshall JL jt, 1971 Brandt KD, 1994
	Koerad	Eesmise ristatisideme transektsioon (kahepoolne)	Marshall KW Chan AD, 1996
	Küülikud	Eesmise ristatisideme transektsioon	Christensen SB, 1983 VignonE. et al., 1991
	Lambad	Meniskektoomia	Ghosh P. jt, 1993
	Küülikud	Meniskektoomia	FamA.G. jt, 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Merisead	Meniskektoomia	Bendele AM, 1987
	Merisead	Müektoomia	ArseverC.L., BoleG.G., 1986; LaytonM.W. jt, 1987; Dedrick DK jt, 1991.
	Küülikud	Põlvekedra põrutus	Oegema TRJ et al., 1993 Mazieres B. et al., 1990
	Küülikud	Liikumatuks tegemine	Langenskiold A. jt, 1979 Videman T., 1982
	Koerad	Liikumatuks tegemine	Howell DS jt, 1992 Ratcliffe A. jt, 1994 Palmoski M., Brandt KD, 1981
	Koerad	Denervatsioon, millele järgneb eesmise ristatisideme transektsioon	VilenskyJA jt, 1994

* intraartikulaarne - intraartikulaarne.

Füüsikaliselt ja keemiliselt indutseeritud osteoartroosi mudelid on praegu väga populaarsed, kuid need peegeldavad pigem inimestel sekundaarse osteoartroosi kui idiopaatilise osteoartroosi puhul täheldatud protsesse. Alternatiiviks neile on spontaanse osteoartroosi mudelid kahejalgsetel primaatidel ja neljajalgsetel.

Mõned autorid suhtuvad osteoartroosi modelleerimisse loomadel üldiselt üsna skeptiliselt. Seega on MEJ Billinghami (1998) sõnul mudelite kasutamine osteoartroosi modifitseerivate ravimite avastamiseks "...kallis risk".

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

Spontaanse osteoartriidi mudelid

Peaaegu kõigil sugulusaretusega hiireliinidel tekib erineva raskusastme ja lokalisatsiooniga osteoartriit. Suurim osteoartroosi esinemissagedus ja haiguse kõige raskem kulg on täheldatud STR/ORT ja STR/INS liinide hiirtel. STR/ORT hiirte seas on haigus sagedasem ja isastel raskem kui emastel. Liigesekõhre primaarne kahjustus tekib sääreluuplaadi mediaalses osas. Eeldati, et kõhre muutuste ilmnemisele eelneb põlvekedra nihkumine, kuid RG Evans jt (1994), C. Collins jt (1994) leidsid, et kõigil selle liini hiirtel tekib kõhre kahjustus 11 kuuks, kuid mitte kõigil neil ei täheldatud põlvekedra nihkumist. Samad autorid leidsid, et STR/ORT hiirte liigesekõhre muutustele eelneb sageli kahjustatud põlveliigeste ümber asuvate kõõluste ja sidemete rakkude kondrotsüütide-osteoblastiline metaplaasia, mis näitab, et need muutused on selles mudelis osteoartriidi patogeneesis primaarsed. On võimalik, et sidemete ja kõõluste esialgne kaltsifikatsioon muudab mehaanilist koormust liigesesisestele struktuuridele ning et järgnevad muutused liigesekõhredes peegeldavad katset säilitada normaalset liigesekoormust. Erinevalt merisea ja makaagi mudelitest, kus kõhre degeneratsioonile eelneb subhondraalse luu muutus, ilmneb subhondraalne skleroos STR/ORT ja STR/INS hiirtel hiljem.

Selle osteoartroosi mudeli eeliseks on loomade väiksus, mis nõuab testitava farmakoloogilise aine minimaalset tarbimist. Samas on suurus ka puuduseks, kuna hiirte kõhre biokeemiline ja patohistoloogiline analüüs on keeruline.

AM Bendele, JE Hulmani (1988), AM Bendeli jt (1989) ja SCR Meacocki jt (1990) uuringud, mis on pühendatud merisigade spontaanse osteoartroosi loomuliku kulgemise uurimisele, on äratanud huvi selle haigusmudeli vastu. Alates 13 kuu vanusest tekib kõigil isastel Dunkin Hurtley merisigadel liigesekõhre degeneratsioon. Sarnased muutused emastel ilmnevad mõnevõrra hiljem ja on leebemad. 1 aasta vanuselt täheldatakse liigesekõhre täielikku kadu reieluu mediaalse kondüüli ja sääreluuplaadi piirkonnas. Dunkin Hurtley merisigade kehakaalu suurenemine süvendab haiguse kulgu ja kehakaalu langus 900 g-ni või vähem parandab osteoartroosi kulgu. 8 nädala vanuselt on selles mudelis juba tuvastatud muutused subhondraalses luus, st viimased eelnevad kõhrekahjustusele. Põlveliigeste ristatisidemete muutused võivad kiirendada luude ümberehitust.

Reesus- ja jaava makaakidel tekib spontaanne osteoartroos. Primaatide väga oluline eelis teiste loomade ees, keda kasutatakse osteoartroosi eksperimentaalse mudeli loomiseks, on nende kahel jalal kõndimine. Haigus areneb keskealistel/vanematel inimestel. Varased histoloogilised leiud hõlmavad subhondraalse luu paksenemist, millele järgneb liigesekõhre narmendamine sääreluu mediaalse plaadi piirkonnas. Hiljem kaasatakse protsessi ka külgplaat. Tähelepanuväärne on, et liigesekõhre degeneratsioon hakkab arenema alles siis, kui subhondraalse luu paksus ulatub 400 μm-ni. Osteoartroosi levimus ja raskusaste makaakidel suureneb vanusega, kuid sugu ja kehakaal ei mõjuta neid näitajaid. Praeguseks ei ole primaatide osteoartroosi mudeleid DMOAD-ide efektiivsuse uurimiseks kasutatud.

Füüsiliselt (kirurgiliselt) esilekutsutud osteoartriidi mudelid

Osteoartriidi mudeleid, mis põhinevad kirurgiliselt esilekutsutud põlveliigese lõtvumusel, mis muudab põlveliigese mehaanilist koormust, kasutatakse kõige sagedamini koertel ja küülikutel. Kõige laialdasemalt kasutatav mudel on koertel ristatisidemete läbilõikamine. Küülikute osteoartriidi kirurgilised mudelid hõlmavad ristatisidemete läbilõikamist koos mediaalsete ja külgmiste sidemete ekstsisiooniga või ilma, täielikku või osalist meniskektoomiat ja meniski kirurgilist rebendit. Kirjeldatud on merisigade osteoartriidi kirurgilisi mudeleid, mis hõlmavad ristati- ja külgmiste sidemete läbilõikamist ja osalist meniskektoomiat. Osaline meniskektoomia merisigadel põhjustab osteofüütide moodustumist 2 nädala jooksul ja liigesekõhre liigset degeneratsiooni 6 nädala jooksul.

Kuni viimase ajani suhtuti koerte osteoartriidi mudelisse pärast eesmise ristatisideme läbilõikamist skeptiliselt, kuna inimestel täheldatud osteoartriidi korral ei esinenud kõhrehaavandeid ja haiguse progresseerumine oli märgatav. JL Marshall ja S.-E. Olsson (1971) leidsid, et muutused koerte põlveliigeste kudedes 2 aastat pärast operatsiooni olid praktiliselt identsed nendega, mis registreeriti vahetult pärast operatsiooni. Autorid väitsid, et mehaanilised tegurid (nt liigesekapsli fibroos ja osteofüütide moodustumine) stabiliseerivad operatsioonijärgselt lõdvenenud põlveliigest ja takistavad liigesekõhre hävimise edasist progresseerumist. Samuti pakuti välja, et seda mudelit tuleks pidada pigem kõhrekahjustuse ja paranemise mudeliks kui osteoartriidi mudeliks. KD Brandti jt (1991) uuringute tulemused, milles uuriti pikema aja jooksul eesmiste ristatisidemete lõikumise tõttu destabiliseerunud põlveliigeste kudede muutuste dünaamikat, lükkasid aga varasemate autorite oletused ümber.

SA McDevitt jt (1973, 1977) leidsid, et juba esimestel päevadel pärast ristatisideme läbilõikamist suureneb liigesekõhre kondrotsüütide poolt proteoglükaanide süntees. 64 nädala jooksul pärast põlveliigese ebastabiilsuse kirurgilist esilekutsumist oli liigesekõhre paksus normist suurem, kuigi selle biokeemilised, metaboolsed ja histoloogilised muutused vastasid osteoartroosi korral täheldatutele. See kõhre paksenemine oli seotud proteoglükaanide suurenenud sünteesi ja nende kõrge kontsentratsiooniga liigesekõhredes. Magnetresonantstomograafia (MRI) abil näitasid ME Adams ja KD Brandt (1991), et pärast ristatisidemete läbilõikamist püsib kõhre hüpertroofia 36 kuud, seejärel toimub kõhre progresseeruv kadu, nii et 45 kuu pärast on enamik liigesepindu kõhrevabad. Kõhre morfoloogiline uuring 54 kuud pärast operatsiooni kinnitas MRI leide. Seega näitasid ME Adams ja KD Brandt (1991), et koertel kirurgiliselt esilekutsutud länguliigeste ebastabiilsust võib pidada OA mudeliks.

Liigesekõhre hüpertroofilise reparatsiooni fenomeni illustreerib hästi eespool kirjeldatud osteoartroosi mudel koertel. Siiski on teada, et see nähtus pole ainult neile ainuomane. Liigesekõhre hüpertroofiat, mis oli reparatiivse iseloomuga, kirjeldas osteoartroosiga patsientidel esmakordselt EGL Bywaters (1937) ja hiljem LC Johnson. Seda leidub ka teistes osteoartroosi mudelites - küülikutel pärast osalist meniskektoomiat (Vignon E. jt, 1983), reesusmakaakidel tekib kõhre hüpertroofia spontaanselt.

Patogeneesi tänapäevased kirjeldused keskenduvad peamiselt kõhre progresseeruvale "kadule", kuid autorid jätavad sageli tähelepanuta selle paksenemise ja proteoglükaanide sünteesi suurenemise, mis vastab stabiliseeritud osteoartroosi homöostaatilisele faasile. Selle faasi jooksul kompenseerib kõhre reparatsioon selle kadu ja suudab liigest pikka aega funktsionaalses olekus hoida. Kuid reparatiivne kude ei suuda sageli samamoodi toime tulla sellele avaldatava mehaanilise koormusega kui terve liigesekõhre, mis viib kondrotsüütide võimetuseni säilitada maatriksi normaalset koostist ja proteoglükaanide sünteesi vähenemiseni. Areneb osteoartroosi viimane staadium.

Charcot' artropaatia uurimine on viinud meetodi väljatöötamiseni kirurgiliselt esilekutsutud osteoartroosi modelleerimiseks neurogeense kiirendamise eesmärgil. Charcot' artropaatiat iseloomustab raske liigesekahjustus, liigese "hiired", liigese efusioon, sidemete ebastabiilsus ning uue luu- ja kõhrkoe moodustumine liigeses. Charcot' (neurogeense) artropaatia patogeneesi üldine kontseptsioon on jäsemete propriotseptorite ja notsitseptorite sensoorsete signaalide katkemine kesknärvisüsteemi (KNS). Koertel eesmiste ristatisidemete transektsioonist põhjustatud osteoartroosi progresseerumise kiirendamiseks tehakse enne operatsiooni ganglionektoomia ehk liigest innerveeriva närvi ekstsisioon, mis viib kõhreerosioonide ilmnemiseni juba esimesel nädalal pärast operatsiooni. Huvitaval kombel oli uus DMOAD diatsereiin efektiivne aeglaselt progresseeruvas (neuroloogiliselt terve) osteoartriidi mudelis, kuid neurogeenselt kiirendatud eksperimentaalses osteoartriidi mudelis ebaefektiivne.

Kokkuvõtteks tuleb märkida, et osteoartroosi ja osteoartroosi eksperimentaalse mudeli identsust inimestel on võimatu täielikult hinnata, kuna haiguse etioloogiat ja patogeneesi täpseid mehhanisme pole veel selgitatud. Nagu varem mainitud, on loomade osteoartroosi eksperimentaalsete mudelite kasutamise peamine eesmärk uute ravimite, peamiselt "haigust modifitseerivate" rühma ravimite efektiivsuse hindamine. Samuti on võimatu kindlaks teha, kui suurel määral langevad looma ravi tulemused kokku eksperimentaalse farmakoloogilise aine kasutamise tulemustega inimestel. N. S. Doherty jt (1998) rõhutasid osteoartroosi modelleerimiseks kasutatud loomaliikide olulisi erinevusi patoloogia erineva arengu, erinevate mediaatorite, retseptorite ja ensüümide osas, mis viib loomadel kasutatavate uute ravimite terapeutilise aktiivsuse objektiivse ekstrapoleerimiseni inimestele. Näiteks on MSPVA-de kõrge efektiivsus põletikulise artriidi modelleerimisel närilistel. See on viinud MSPVA-de efektiivsuse ümberhindamiseni inimestel, kellel prostaglandiinidel ei ole haiguse patogeneesis sama põhirolli kui närilistel ning MSPVA-de kliiniline efektiivsus piirdub pigem sümptomite ravimise kui haiguse leevendamisega.

Samal ajal võib uute farmakoloogiliste ainete alahindamine nende efektiivsuse uurimisel loommudelites viia potentsiaalselt efektiivsete terapeutiliste ainete kadumiseni inimestel. Näiteks kullasoolad, penitsillamiin, klorokiin ja sulfasalasiin, millel on teatav mõju reumatoidartriidi ravis, on antireumaatiliste ravimite skriinimiseks kasutatavatel loomadel absoluutselt ebaefektiivsed.

Osteoartroosi loommudeli ja osteoartroosiga patsiendi ravivastuse erinevus DMOAD-ravile sõltub suuresti kollagenaasist, ensüümist, mis arvatakse aktiivselt osalevat osteoartroosi patogeneesis. Interstitsiaalse kollagenaasi inhibiitoreid (kollagenaas-1 või maatriksi metalloproteinaas (MMP)-1) leidub sageli osteoartroosi mudeliga närilistel, kuid inimese kollagenaas-1 homoloogi ei ole närilistel leitud ja see ei pruugi eksisteerida. Seega ei näita inimese kollagenaas-1 spetsiifilised inhibiitorid eksperimentaalse osteoartroosiga närilistel terapeutilist efektiivsust. Enamik seni loodud MMP inhibiitoreid on mitteselektiivsed ja seetõttu pärsivad kollagenaas-3 (MMP-13), mis osaleb näriliste eksperimentaalse osteoartroosi patogeneesis. Lisaks, nagu on näidanud NRA Beeley jt (1994) ja JMP Freije jt (1994) uuringud, ekspresseerub inimese kollagenaas-3 osteoartriidiga patsientide liigesekõhredes ja võib mängida rolli haiguse patogeneesis.

Võib eeldada, et need mediaatorid, retseptorid või ensüümid mängivad modelleeritud osteoartroosi patogeneesis sarnast rolli nii konkreetsel loomal kui ka inimestel. Näiteks leukotrieen B4 kemotaktiline võimekus, mida peetakse inimestel, hiirtel ja küülikutel samaks, kuid selle bioloogiliselt aktiivse aine antagonistide aktiivsus erineb loomaliikide vahel 1000 korda. Selliste ebatäpsuste vältimiseks katsetes on vaja luua meetodid, mis võimaldavad uurida farmakodünaamikat in vivo. Näiteks on võimalik uurida mis tahes ainete mõju eksogeensete ensüümide või mediaatorite aktiivsusele inimestel. Seda tehnikat kasutasid V Ganu jt (1994) MMP inhibiitorite aktiivsuse hindamiseks, määrates ravimite võimet pärssida proteoglükaanide vabanemist liigesekõhredest pärast inimese stromelesiini süstimist küüliku põlveliigesesse.

Kuigi osteoartroosi eksperimentaalses mudelis saadud tulemused võivad viia potentsiaalsete DMOAD-ide vale hindamiseni, mängivad osteoartroosi loommudelid olulist rolli baasuuringutes. Lõpliku otsuse farmakoloogiliste ainete efektiivsuse kohta inimeste haiguste ravis saab teha alles pärast III faasi kliiniliste uuringute läbiviimist inimestel.