Modelagem experimental de osteoartrite em animais

K.R.N. Pritzker (1994) definiu o modelo experimental de uma doença em animais como "um grupo homogêneo de animais que herdaram, processos biológicos naturalmente adquiridos ou induzidos experimentalmente que são submetidos a pesquisas científicas, que em um ou mais parâmetros é semelhante à dos seres humanos". Os modelos de osteoartrose em animais são convenientes para investigar a evolução das mudanças estruturais nos tecidos articulares para determinar a forma como vários fatores de risco iniciam ou contribuem para a aparência dessas mudanças, bem como para avaliar as medidas terapêuticas utilizadas. Deve ser lembrado que a osteoartrite - uma doença que ninguém tecido - cartilagem, e todos os tecidos das articulações afetadas, incluindo os ossos, sinóvia, menisco, ligamentos, músculos periarticulares subcondrais e terminações nervosas aferentes que se encontram dentro e fora da cápsula articular. Os estudos em andamento de agentes farmacológicos em modelos animais se concentram principalmente no seu efeito sobre a cartilagem articular. Em modelos experimentais, é impossível avaliar o principal sintoma de osteoartrite em pessoas - dor nas articulações. Ao mesmo tempo, na modelagem da osteoartrose, os animais não levam em conta uma série de fatores importantes que contribuem para o desenvolvimento e progressão da osteoartrite (por exemplo, a posição vertical do corpo humano, a fraqueza dos músculos periarticulares, etc.).

Claro, o modelo mais óbvio da doença é aquele que tem a maior semelhança com as mudanças na osteoartrite humana. Os modelos mais interessantes de osteoartrose em animais são apresentados em termos de estudos sobre a eficácia da DMOAD (medicamentos que modificam a doença de OA). Apesar do fato de que uma série de drogas neste grupo previne ou retarda a progressão da osteoartrite induzida experimentalmente ou nos animais, ao estudar seus efeitos em seres humanos, todos eles se mostraram ineficazes.

Modelos de artrose em animais

Mecanismo de modelagem	Tipo de animais	Factor / agente indutor	Fonte
Osteoartrite espontânea	Cobaias	Idade / Sobrepeso	Bendele AM etal., 1989
	Ratos STR / ORT, STR / INS	Predisposição genética	The Gupta EP et al., 1993 Dunham J. Etal., 1989 Dunham J. Etal., 1990
	Mouse preto C57	Predisposição genética	OkabeT., 1989 StabescyR. Et al., 1993 Takahama A. 1990 van der Kraan PM et al., 1990
	Ratos	Mutação de colágeno II	GarofaloS. Etal., 1991
	Ratos	Mutação de colágeno IX	NakataK. Etal, 1993
	Cães	Displasia do quadril	SmaleG. Etal., 1995
	Primatas	Predisposição genética	Alexander CJ, 1994 Carlson CS etal., 1994 ChateauvertJ.M. Etal., 1990
Osteoartrite induzida quimicamente	Galinhas	Iodoacetato em / s *	Kalbhen DA, 1987
	Coelhos	Papaína em / s	MarcelonG. Et al., 1976 CoulaisY. Et al., 1983 CoulaisY. Et ai., 1984
	Cobaias	Papaína em / s	TanakaH. Etal., 1992
	Cães	Chymopapain in / s	Leipold HR etal., 1989
	Ratos	Papaína em / s	Van der Kraan PM et al., 1989
	Ratos	Colagenase em / com	Van der Kraan PM et al., 1989
	Ratos	TGF-R w / s	Van den Berg WB. 1995
	Coelhos	Solução de NaCl hipertônica	VasilevV. Etal .. 1992
Osteoartrite física (cirúrgica) indução-roving	Cães	Intersecção do ligamento cruzado anterior (unilateral)	Marshall JL etal., 1971 Brandt KD, 1994
	Cães	Intersecção do ligamento cruzado anterior (bilateral)	Marshall KW. Chan AD, 1996
	Coelhos	Cruzar o ligamento cruzado anterior	Christensen SB, 1983 VignonE. Etal., 1991
	Ovelha	Meniskectomia	Ghosh P. Et al., 1993
	Coelhos	Meniskectomia	FamA.G. Etal., 1995 Moskowitz RW, Goldberg VM, 1987
	Cobaias	Meniskectomia	Bendele AM, 1987
	Cobaias	Myoectomia	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. Etal., 1987 Dedrick DK et al., 1991
	Coelhos	Contusão da patela	OegemaT.RJ, etal., 1993 MazieresB. Etal., 1990
	Coelhos	Imobilização	Langenskiold A. Et al., 1979 Videman, 1982, 1982
	Cães	Imobilização	Howell DS et al., 1992 Ratcliffe A. Et al., 1994 PalmoskiM., Brandt KD, 1981
	Cães	Denervação com subsequente intersecção do ligamento cruzado anterior	VilenskyJA etal., 1994

* in / s - intra-articular.

Os modelos de osteoartrose induzidos fisicamente e quimicamente são muito populares no momento presente, mas sim refletem os processos que são observados na osteoartrite secundária em seres humanos do que em idiopáticos. Uma alternativa para eles são modelos de osteoartrite espontânea em primatas bípedos e animais quadrúpedes.

Alguns autores são muito céticos quanto à modelagem da osteoartrite em animais em geral. Assim, de acordo com MEJ Billingham (1998), o uso de modelos para a descoberta de medicamentos modificadores osteoartríticos é uma "... Aventura dispendiosa".

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Modelos de artrose espontânea

Praticamente todas as linhagens endogâmicas de camundongos desenvolvem osteoartrose de severidade e localização variadas. A maior incidência de osteoartrite e o curso mais grave da doença é observado em ratos STR / ORT e STR / INS. Entre os ratos STR / ORT, a doença é mais comum, é mais grave nos homens do que nas mulheres. O dano primário à cartilagem articular se desenvolve na parte medial da placa da tíbia. Supõe-se que o aparecimento de alterações na cartilagem da patela precede a mistura, no entanto RG Evans et al (1994) e S. Collins et al (1994) verificaram que todos os ratinhos deste dano linha cartilagem desenvolvido a 11 meses, mas não em todos detectado deslocamento patelar . Os mesmos autores descobriram que as alterações na cartilagem articular em ratos linhas STR / ORT muitas vezes precedido por metaplasia de células de condrócitos-osteoblástica dos tendões e ligamentos em torno das articulações dos joelhos afectados, o que indica a prioridade destas mudanças na patogénese da osteoartrite neste modelo. É possível que a calcificação primária de ligamentos e tendões altere a pressão mecânica sobre as estruturas intraarticulares e outras alterações na cartilagem articular refletem uma tentativa de manter uma carga normal na articulação. Ao contrário dos modelos que usam cobaias e macacos, em que a degeneração da cartilagem é precedida de alterações no osso subcondral, nos ratos STR / ORT e STR / INS, a esclerose subcondral aparece mais tarde.

A vantagem deste modelo de osteoartrite é o pequeno tamanho dos animais, que requer uma despesa mínima do agente farmacológico de teste. No entanto, o tamanho também é uma desvantagem, uma vez que a análise bioquímica e pathohistológica da cartilagem é difícil em camundongos.

Pesquisa А.М. Bendele, JE Hulman (1988), A.M. Bendel et al. (1989), bem como SCR Meacock et al. (1990), dedicados ao estudo do curso natural da osteoartrite espontânea em cobaias, intensificaram o interesse neste modelo da doença. Desde os 13 meses de idade, todas as cobaias masculinas da linha Dunkin Hurtley apresentam degeneração da cartilagem articular. Mudanças semelhantes nas fêmeas aparecem um pouco mais tarde e são de um caráter mais ameno. Com a idade de 1 ano, observa-se uma completa perda de cartilagem articular no côndilo medial do fêmur e na placa da tíbia. O aumento do peso corporal dos porcos marinhos Dunkin Hurtley agrava o curso da doença e uma diminuição do peso corporal de até 900 g e menos melhora o curso da osteoartrite. Às 8 semanas, as alterações no osso subcondral já são observadas neste modelo, isto é, o último precede o dano da cartilagem. Mudanças nos ligamentos cruzados das articulações do joelho podem acelerar a remodelação do tecido ósseo.

A osteoartrite espontânea desenvolve-se em macacos rhesus e cynomolgus. Uma vantagem muito importante de primatas sobre outros animais utilizados para criar um modelo experimental de osteoartrite é bípede. A doença se desenvolve em indivíduos de meia idade / idade avançada. Os achados histológicos iniciais são um espessamento do osso subcondral, seguido da fragmentação da cartilagem articular na placa medial do osso bollylebic. Mais tarde, a placa lateral está envolvida no processo. Vale ressaltar que a degeneração da cartilagem articular começa a se desenvolver somente após a espessura do osso subcondral alcançar 400 μm. O aumento da prevalência e gravidade da osteoartrite em macacos ocorre com a idade, mas esses parâmetros não são afetados pelo sexo e peso corporal. Até agora, modelos de osteoartrite em primatas não foram utilizados para estudar a efetividade de DMOADs.

Modelos de osteoartrite fisicamente (cirurgicamente) induzida

Os modelos de osteoartrite, com base no afrouxamento induzido cirurgicamente das articulações do joelho, alterando a pressão mecânica sobre eles, são mais frequentemente utilizados em cães e coelhos. O modelo mais utilizado é a interseção do ligamento cruzado em cães. Ao criar modelos cirúrgicos de osteoartrite, os coelhos utilizam operações para cruzar o ligamento cruzado com excisão dos ligamentos medial e colateral ou sem ele, meniscacomia total ou parcial, ruptura cirúrgica de meniscos. As cobaias descrevem modelos cirúrgicos de osteoartrite, criados atravessando os ligamentos cruzados e colaterais, meniscectomia parcial. A meniscacomia parcial em cobaias conduz à formação de osteófitos durante 2 semanas e à degeneração excessiva da cartilagem articular durante 6 semanas.

Até recentemente, o modelo de osteoartrite em cães que se desenvolveu após o cruzamento do ligamento cruzado anterior foi cético em vista da falta de ulceração da cartilagem e da marcada progressão da doença observada na osteoartrite humana. JL Marshall e S. - E. Olsson (1971) descobriram que as alterações nos tecidos das articulações do joelho em cães eram praticamente as mesmas que as registradas imediatamente após 2 anos após a operação. Os autores sugeriram que fatores mecânicos (por exemplo, fibrose da cápsula articular e formação de osteófitos) estabilizam a articulação do joelho solto após a cirurgia e impedem a progressão da destruição da cartilagem articular. Também sugeriu que este modelo fosse considerado um modelo de dano e reparação da cartilagem, em vez de um modelo de osteoartrite. No entanto, os resultados dos estudos realizados por KD Brandt e co-autores (1991), que estudaram a dinâmica das mudanças nos tecidos das articulações do joelho desestabilizadas pela interseção dos ligamentos cruzados anteriores, refutaram os pressupostos dos autores anteriores.

S.A. McDevitt e co-autores (1973, 1977) descobriram que, mesmo nos primeiros dias após o cruzamento dos ligamentos cruzados, a síntese de proteoglicanos por condrócitos de cartilagem articular aumenta. Dentro de 64 semanas após a indução cirúrgica da instabilidade do joelho, a espessura da cartilagem articular foi maior do que o normal, embora alterações metabólicas, metabólicas e histológicas correspondessem às da osteoartrite. Este engrossamento da cartilagem foi associado a uma maior síntese de proteoglicanos e sua alta concentração na cartilagem articular. Utilizando imagiologia de ressonância magnética (MPT), ME Adams e KD Brandt (1991) mostraram que depois de atravessar o ligamentos cruzados hipertrofia da cartilagem mantido durante 36 meses, no futuro, existe uma perda progressiva de cartilagem, de modo que após 45 meses tanto das superfícies articulares desprovidas cartilagem. O exame morfológico da cartilagem 54 meses após a operação confirmou os resultados da ressonância magnética. Assim, M.E. Adams e KD Brandt (1991) mostraram que a instabilidade induzida cirurgicamente das articulações do joelho em cães pode ser considerada um modelo de OA.

O fenômeno do reparo hipertrófico da cartilagem articular é bem ilustrado pelo modelo de osteoartrite acima descrito em cães. No entanto, é sabido que esse fenômeno é inerente não só a ele. A hipertrofia da cartilagem articular, que foi de natureza reparadora, foi descrita pela primeira vez em pacientes com osteoartrite EGL Bywaters (1937), e posteriormente LC Johnson. Também é encontrado em outros modelos de osteoartrite - em coelhos após meniscossomose parcial (Vignon E. Et al., 1983), em macacos rhesus, a hipertrofia da cartilagem desenvolve espontaneamente.

A descrição atual da patogênese é focada principalmente na "perda" progressiva da cartilagem, mas muitas vezes os autores ignoram o engrossamento e o fortalecimento da síntese de proteoglicanos, o que corresponde à fase homeostática da osteoartrite estabilizada. Durante esta fase, o reparo da cartilagem compensa sua perda e pode manter a articulação em um estado funcional por um longo período de tempo. Mas o tecido reparador muitas vezes não consegue lidar com a carga mecânica que lhe é imposta da mesma maneira que uma cartilagem articular saudável, o que leva à incapacidade dos condrócitos de manter a composição normal da matriz e reduzir a síntese de proteoglicanos. O estágio final da osteoartrite se desenvolve.

O estudo da artropatia de Sharko levou à aparência de um método de aceleração neurogênica da modelagem da osteoartrite induzida cirurgicamente. A artropatia de Charcot é caracterizada por destruição severa de articulações, "camundongos" articulares, efusão na articulação, instabilidade de ligamentos, formação de tecido ósseo e cartilaginoso novo dentro da articulação. O conceito geral de patogênese da artropatia de Sharko (neurogênico) consiste em interromper sinais sensíveis de proprioceptores e nociceptores das extremidades no sistema nervoso central (SNC). Para acelerar a progressão da osteoartrite induzida pela interseção do ligamento cruzado anterior em cães, uma ganglionectomia ou excisão da articulação inervadora do nervo é realizada antes da operação, o que leva à erosão da cartilagem na primeira semana após a operação. Curiosamente, a nova DACMAD diacereína foi efetiva quando usada em um modelo de osteoartrite lentamente progressivo (neurológicamente intacto), mas com osteoartrite experimental neurogenicamente acelerada, o fármaco foi ineficaz.

Em conclusão, deve-se notar que é impossível avaliar completamente a identidade do modelo experimental de osteoartrite e osteoartrose em seres humanos, uma vez que a etiologia e os mecanismos precisos da patogênese da doença ainda não foram esclarecidos. Conforme mencionado anteriormente, a principal tarefa de usar modelos experimentais de osteoartrite em animais é seu uso para avaliar a eficácia de novos fármacos, principalmente o grupo de "modificação da doença". A probabilidade de os resultados do tratamento de um animal coincidir com os resultados do uso de um agente farmacológico experimental em seres humanos também não pode ser determinada. NS Doherty et al (1998) focada nas diferenças significativas entre os tipos de animais utilizados para a modelação de osteoartrite, em termos de desenvolvimento diferente da patologia de diversos neurotransmissores, receptores, enzimas, levando a extrapolação enviesada da actividade terapêutica de novos fármacos utilizados em animais para homem . Um exemplo é a alta eficácia dos AINEs na modelagem da artrite inflamatória em roedores. Isto levou a uma reavaliação da eficácia dos AINEs em seres humanos, que as prostaglandinas não desempenham um papel fundamental na patogênese da doença, que eles jogam em roedores e eficácia clínica de NSAIDs é limitado a tratar os sintomas em vez da modificação doença.

Ao mesmo tempo, a subestimação de novos agentes farmacológicos no estudo de sua eficácia em modelos animais pode levar à perda de agentes terapêuticos potencialmente efetivos em seres humanos. Por exemplo, os sais de ouro, a penicilamina, a cloroquina e a sulfasalazina, que têm um efeito definitivo no tratamento da artrite reumatóide, são absolutamente ineficazes em animais utilizados na triagem de fármacos anti-reumáticos.

A diferença entre a resposta do animal à osteoartrite simulada e um paciente com osteoartrite para o tratamento com DMOAD depende em grande parte da colagenase, uma enzima que se acredita estar ativamente envolvida na patogênese da osteoartrite. Em roedores com OA modelada, são frequentemente encontrados inibidores intersticiais de colagenase (colagenase-1 ou metaloproteinase de matriz (MMP) -1), mas o homólogo da colagenase-1 humana não é encontrado em roedores, provavelmente não existe. Assim, inibidores específicos da colagenase-1 humana não apresentarão eficácia terapêutica em roedores com osteoartrite experimental. A maioria dos inibidores de MMP criados até o momento não são seletivos e, portanto, inibem a colagenase-3 (MMP-13), envolvida na patogênese da osteoartrite experimental em roedores. Além disso, estudos de NRA Beeley e co-autores (1994), JMP Freije e co-autores (1994) mostram que a colagenase-3 humana é expressa na cartilagem articular de pacientes com osteoartrite e, possivelmente, desempenha um papel na patogênese da doença.

Pode-se supor que esses mediadores, receptores ou enzimas tenham um papel semelhante na patogênese da osteoartrite simulada em um animal particular e em seres humanos. Um exemplo é a capacidade quimiotáctica do leucotrieno B4, que é a mesma em humanos, camundongos e coelhos, mas a atividade dos antagonistas dessa substância biologicamente ativa entre espécies animais é 1000 vezes diferente. Para evitar tais imprecisões em experimentos, é necessário criar métodos que permitam investigar a farmacodinâmica in vivo. Por exemplo, pode-se estudar o efeito de quaisquer substâncias na atividade de enzimas exógenas ou mediadores humanos. Esta técnica foi aplicada por V Ganu e co-autores (1994) para avaliar a atividade dos inibidores de MMP determinando a capacidade de drogas para inibir a liberação de proteoglicanos da cartilagem articular após a injeção de estromolina humana no joelho do coelho.

Embora os resultados obtidos no experimento de osteoartrite simulado possam levar a uma avaliação incorreta do potencial DMOAD, o modelo de osteoartrose em animais desempenha um papel importante nos estudos básicos. A decisão final sobre a eficácia dos agentes farmacológicos no tratamento de doenças humanas só pode ser feita após a terceira fase de ensaios clínicos em humanos.