מודל ניסיוני של דלקת מפרקים ניוונית בבעלי חיים

פריצקר (1994) הגדיר מודל ניסיוני של כל מחלה כ"קבוצה הומוגנית של בעלי חיים המציגים תהליך ביולוגי תורשתי, נרכש באופן טבעי או מושרה בניסוי, בכפוף למחקר מדעי, הדומה במובן אחד או יותר למחלה באדם". מודלים של בעלי חיים לאוסטאוארתריטיס שימושיים לחקר האבולוציה של שינויים מבניים ברקמות המפרקים, כדי לקבוע כיצד גורמי סיכון שונים יוזמים או מקדמים שינויים אלה, ולהערכת אמצעים טיפוליים. חשוב לזכור כי אוסטאוארתריטיס אינה מחלה של רקמה אחת בלבד, הסחוס המפרקי, אלא של כל הרקמות של המפרק הפגוע, כולל עצם תת-סחוסית, קרום סינוביאלי, מיניסקי, רצועות, שרירים סביב המפרק ועצבים מביאים עם קצוות מחוץ ובתוך קפסולת המפרק. מחקרים של חומרים פרמקולוגיים במודלים של בעלי חיים מתמקדים בעיקר בהשפעותיהם על הסחוס המפרקי. בלתי אפשרי להעריך את התסמין העיקרי של אוסטאוארתריטיס בבני אדם - כאבי מפרקים - במודלים ניסיוניים. יחד עם זאת, בעת מידול אוסטאוארתריטיס בבעלי חיים, מספר גורמים חשובים התורמים להתפתחות והתקדמות של אוסטאוארתריטיס אינם נלקחים בחשבון (לדוגמה, המיקום האנכי של גוף האדם, חולשת השרירים הפריארטיקולריים וכו').

כמובן, המודל הממחיש ביותר את המחלה הוא זה שיש לו את הדמיון הגדול ביותר לשינויים באוסטאוארתריטיס בבני אדם. מודלים של בעלי חיים של אוסטאוארתריטיס הם בעלי העניין הרב ביותר מבחינת חקר יעילותן של תרופות לשינוי מחלה לאוסטאוארתריטיס (DMOAD). למרות שמספר תרופות בקבוצה זו מונעות את התפתחותן או מאטות את התקדמותה של אוסטאוארתריטיס המושרה בניסוי או ספונטנית בבעלי חיים, כולן היו לא יעילות כאשר נחקרו השפעותיהן בבני אדם.

מודלים של בעלי חיים של דלקת מפרקים ניוונית

מנגנון מידול	מיני בעלי חיים	גורם/סוכן משרה	מָקוֹר
דלקת מפרקים ניוונית ספונטנית	שרקנים	גיל/עודף משקל	בנדל AM ואחרים, 1989
	עכברים STR/ORT, STR/INS	נטייה גנטית	דאס-גופטה EP ואחרים, 1993 דנהאם ג'. ואחרים, 1989 דנהאם ג'. ואחרים, 1990
	עכברים שחורים C57	נטייה גנטית	OkabeT., 1989 StabescyR. etal., 1993 Takahama A.. 1990 van der Kraan PM etal., 1990
	עכברים	מוטציה של קולגן II	גארופלו ס. ואחרים, 1991
	עכברים	מוטציה של קולגן IX	נקאטה ק. ואחרים, 1993
	כלבים	דיספלזיה של מפרק הירך	SmaleG. ואחרים, 1995
	פרימטים	נטייה גנטית	אלכסנדר סי ג'יי, 1994 קרלסון סי.אס. ואחרים, 1994 שאטווורט ג'יי.אם ואחרים, 1990
דלקת מפרקים ניוונית הנגרמת כימית	תרנגולות	יודואצטט פרימיום*	קאלבן, תובע, 1987
	ארנבות	פפאין פרימיום	Marcelon G. et al., 1976 Coulais Y. et al., 1983 Coulais Y. et al., 1984
	שרקנים	פפאין פרימיום	טנאקה ה. ואחרים, 1992
	כלבים	כימופאפין נגד ש	לייפולד HR ואחרים, 1989
	עכברים	פפאין פרימיום	ואן דר קראן PM ואחרים, 1989
	עכברים	קולגנאז פרימיום	ואן דר קראן PM ואחרים, 1989
	עכברים	TFR-R נגד s	ואן דן ברג WB. 1995
	ארנבות	תמיסת NaCI היפרטונית	וסילייב ו. ואחרים. 1992
דלקת מפרקים ניוונית הנגרמת פיזית (בניתוח)	כלבים	חיתוך רצועה צולבת קדמית (חד צדדי)	מרשל ג'יי. אל. ואחרים, 1971 ברנדט ק.ד., 1994
	כלבים	חיתוך רצועה צולבת קדמית (דו-צדדי)	מרשל ק.וו. צ'אן לספירה, 1996
	ארנבות	כריתת רצועה צולבת קדמית	כריסטנסן SB, 1983 VignonE. et al., 1991
	כִּבשָׂה	מניסקטומיה	גוש פ. ואחרים, 1993
	ארנבות	מניסקטומיה	FamA.G. ואחרים, 1995 מוסקוביץ RW, גולדברג VM, 1987
	שרקנים	מניסקטומיה	בנדל AM, 1987
	שרקנים	כריתת שריר	ArseverC.L, BoleG.G., 1986 LaytonM.W. ואחרים, 1987 Dedrick DK ואחרים, 1991
	ארנבות	חבלה בפיקה	Oegema TRJ, et al., 1993 Mazieres B. et al., 1990
	ארנבות	קיבוע	לנגנשילד א. ואחרים, 1979 וידמן ט., 1982
	כלבים	קיבוע	האוול ד.ס. ואחרים, 1992 רטקליף א. ואחרים, 1994 פלמוסקי מ., ברנדט ק.ד., 1981
	כלבים	דנרבציה ואחריה כריתה של הרצועה הצולבת הקדמית	וילנסקי JA ואחרים, 1994

* תוך מפרקי - תוך מפרקי.

מודלים של אוסטאוארתריטיס המושרים פיזיקלית וכימית פופולריים מאוד כיום, אך הם משקפים תהליכים שנצפו באוסטאוארתריטיס משנית בבני אדם ולא באוסטאוארתריטיס אידיופתית. חלופה להם היא מודלים של אוסטאוארתריטיס ספונטנית בפרימטים דו-רגליים ובבעלי ארבע רגליים.

ישנם מחברים שספקנים למדי לגבי מידול אוסטאוארתריטיס בבעלי חיים באופן כללי. לפיכך, לדברי מ.ג'יי. בילינגהאם (1998), השימוש במודלים לגילוי תרופות לשינוי אוסטאוארתריטיס הוא "...הימור יקר".

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

מודלים של דלקת מפרקים ניוונית ספונטנית

כמעט כל זני העכברים המקורבים מפתחים אוסטאוארתריטיס בחומרה ובמיקום משתנים. השכיחות הגבוהה ביותר של אוסטאוארתריטיס והמהלך החמור ביותר של המחלה נצפים בעכברים מזני STR/ORT ו-STR/INS. בקרב עכברי STR/ORT, המחלה שכיחה יותר, והיא חמורה יותר אצל זכרים מאשר אצל נקבות. נזק ראשוני לסחוס המפרקי מתפתח בחלק המדיאלי של לוחית השוקה. ההנחה הייתה שהופעת השינויים בסחוס קודמת לתזוזה של הפיקה, אולם RG Evans ואחרים (1994), C. Collins ואחרים (1994) מצאו שבכל העכברים מזן זה, נזק לסחוס מתפתח עד גיל 11 חודשים, אך לא כולם הראו תזוזה של הפיקה. אותם מחברים מצאו ששינויים בסחוס המפרקי בעכברי STR/ORT קודמים לעיתים קרובות למטפלזיה כונדרוציט-אוסטאובלסטית של תאי גיד ורצועות סביב מפרקי הברך הנגועים, דבר המצביע על כך ששינויים אלה הם ראשוניים בפתוגנזה של אוסטאוארתריטיס במודל זה. ייתכן שההסתיידות הראשונית של רצועות וגידים משנה את הלחץ המכני על מבנים תוך-מפרקיים וכי שינויים עוקבים בסחוס המפרקי משקפים ניסיון לשמור על עומס תקין על המפרקים. בניגוד למודלים של שרקנים ומקוקים, שבהם ניוון הסחוס קודם לשינויים בעצם התת-סחוסית, טרשת תת-סחוסית מופיעה מאוחר יותר בעכברי STR/ORT ו-STR/INS.

היתרון של מודל זה של אוסטאוארתריטיס הוא גודלם הקטן של בעלי החיים, הדורש צריכה מינימלית של החומר הפרמקולוגי שנבדק. עם זאת, הגודל הוא גם חיסרון, מכיוון שניתוח ביוכימי ופתוהיסטולוגי של סחוס בעכברים קשה.

מחקריהם של AM Bendele, JE Hulman (1988), AM Bendel ואחרים (1989), ו-SCR Meacock ואחרים (1990) שהוקדשו לחקר המהלך הטבעי של אוסטאוארתריטיס ספונטנית בשרקנים עוררו עניין במודל זה של המחלה. החל מגיל 13 חודשים, כל שרקני דאנקין הרטלי הזכרים מפתחים ניוון של הסחוס המפרקי. שינויים דומים אצל הנקבות מופיעים מעט מאוחר יותר והם קלים יותר. בגיל שנה, נצפה אובדן מוחלט של סחוס מפרקי באזור הקונדיל המדיאלי של עצם הירך ולוח השוקה. עלייה במשקל הגוף של שרקני דאנקין הרטלי מחמירה את מהלך המחלה, וירידה במשקל הגוף ל-900 גרם או פחות משפרת את מהלך האוסטאוארתריטיס. בגיל 8 שבועות, כבר מתגלים במודל זה שינויים בעצם התת-סחוסית, כלומר האחרונים מקדימים נזק לסחוס. שינויים ברצועות הצולבות של מפרקי הברך יכולים להאיץ את בניית העצם מחדש.

אוסטאוארתרוזיס ספונטנית מתפתחת במקוקים רזוס וצינומולגוס. יתרון חשוב מאוד של פרימטים על פני בעלי חיים אחרים ששימשו ליצירת מודל ניסיוני של אוסטאוארתרוזיס הוא הדו-רגליות שלהם. המחלה מתפתחת אצל פרטים בגיל העמידה/מבוגרים יותר. ממצאים היסטולוגיים מוקדמים כוללים עיבוי של עצם התת-סחוסית ולאחר מכן התפוררות של הסחוס המפרקי באזור הלוח המדיאלי של עצם השוקה. בהמשך, גם הלוח הצידי מעורב בתהליך. ראוי לציין כי ניוון סחוס מפרקי מתחיל להתפתח רק לאחר שעובי העצם התת-סחוסית מגיע ל-400 מיקרון. שכיחות וחומרת אוסטאוארתרוזיס במקוקים עולות עם הגיל, אך אינדיקטורים אלה אינם מושפעים ממין ומשקל גוף. עד כה, מודלים של פרימטים של אוסטאוארתרוזיס לא שימשו לחקר יעילותם של DMOADs.

מודלים של דלקת מפרקים ניוונית הנגרמת פיזית (בניתוח)

מודלים של דלקת מפרקים ניוונית המבוססים על רפיון ברך מושרה בניתוח, המשנים את הלחץ המכני על מפרק הברך, נמצאים בשימוש הנפוצים ביותר בכלבים וארנבות. המודל הנפוץ ביותר הוא זה עם חיתוך רצועה צולבת בכלבים. מודלים כירורגיים של דלקת מפרקים ניוונית בארנבות כוללים חיתוך של הרצועות הצולבות עם או בלי כריתה של הרצועות המדיאליות והצדדיות, כריתת מניסקוס מלאה או חלקית, וקרע כירורגי של המניסקוס. תוארו מודלים כירורגיים של דלקת מפרקים ניוונית בשרקנים הכוללים חיתוך של הרצועות הצולבות והצדדיות וכריתת מניסקוס חלקית. כריתת מניסקוס חלקית בשרקנים גורמת להיווצרות אוסטאופיטים תוך שבועיים וניוון מוגזם של הסחוס המפרקי תוך 6 שבועות.

עד לאחרונה, המודל הכלבי של דלקת מפרקים ניוונית לאחר כריתת רצועה צולבת קדמית נתפס בספקנות עקב היעדר כיב סחוס והתקדמות ניכרת של המחלה שנצפתה באוסטאוארתריטיס בבני אדם. ג'יי. אל. מרשל וס. א. אולסון (1971) מצאו כי שינויים ברקמות מפרקי הברך של כלבים שנתיים לאחר הניתוח היו זהים כמעט לחלוטין לאלה שנרשמו מיד לאחר הניתוח. המחברים הציעו שגורמים מכניים (למשל, פיברוזיס של קפסולת המפרק ויצירת אוסטאופיטים) מייצבים את מפרק הברך שהתרופף לאחר הניתוח ומונעים התקדמות נוספת של הרס הסחוס המפרקי. כמו כן הוצע להתייחס למודל זה כמודל של נזק ותיקון סחוס, ולא כמודל של דלקת מפרקים ניוונית. עם זאת, תוצאות המחקרים שערכו ק.ד. ברנדט ואחרים (1991), שחקרו את הדינמיקה של שינויים ברקמות מפרקי הברך שהתערערו עקב הצטלבות הרצועות הצולבות הקדמיות למשך תקופה ארוכה יותר, הפריכו את ההנחות של מחברים קודמים.

ס.א. מקדוויט ועמיתיו (1973, 1977) מצאו שכבר בימים הראשונים לאחר כריתת הרצועה הצולבת, הסינתזה של פרוטאוגליקנים על ידי כונדרוציטים של הסחוס המפרקי עולה. במהלך 64 שבועות לאחר ניתוח לחוסר יציבות במפרק הברך, עובי הסחוס המפרקי היה גבוה מהרגיל, אם כי שינויים ביוכימיים, מטבוליים והיסטולוגיים בו תאמו לאלה שבמחלת עצם העצם. עיבוי סחוס זה נקשר לסינתזה מוגברת של פרוטאוגליקנים ולריכוזם הגבוה בסחוס המפרקי. באמצעות הדמיית תהודה מגנטית (MRI), מ.א. אדמס וק.ד. ברנדט (1991) הראו כי לאחר כריתת הרצועות הצולבות, ההיפרטרופיה של הסחוס נשמרת במשך 36 חודשים, ולאחר מכן מתרחש אובדן הדרגתי של הסחוס, כך שלאחר 45 חודשים רוב משטחי המפרק נותרים נטולי סחוס. בדיקה מורפולוגית של הסחוס 54 חודשים לאחר הניתוח אישרה את ממצאי ה-MRI. לפיכך, ME Adams ו-KD Brandt (1991) הדגימו כי חוסר יציבות הנגרמת על ידי ניתוח של מפרקי החנק בכלבים יכול להיחשב מודל של OA.

תופעת התיקון ההיפרטרופי של הסחוס המפרקי מודגמת היטב על ידי המודל שתואר לעיל של אוסטאוארתרוזיס בכלבים. עם זאת, ידוע שתופעה זו אינה ייחודית לה. היפרטרופיה של הסחוס המפרקי, שהייתה בעלת אופי מתקן, תוארה לראשונה בחולים עם אוסטאוארתרוזיס על ידי EGL Bywaters (1937), ומאוחר יותר על ידי LC Johnson. היא נמצאה גם במודלים אחרים של אוסטאוארתרוזיס - בארנבות לאחר כריתה חלקית של המניסקטומיה (Vignon E. et al., 1983), במקוקי רזוס, היפרטרופיה של הסחוס מתפתחת באופן ספונטני.

תיאורים מודרניים של פתוגנזה מתמקדים בעיקר ב"אובדן" הדרגתי של סחוס, אך מחברים מתעלמים לעתים קרובות מעיבויו וסינתזה מוגברת של פרוטאוגליקנים, התואם לשלב ההומאוסטטי של אוסטאוארתריטיס מיוצב. במהלך שלב זה, תיקון הסחוס מפצה על אובדנו ויכול לשמור על המפרק במצב תפקודי לאורך זמן. אך רקמת תיקון לעיתים קרובות אינה יכולה להתמודד עם העומס המכני המוטל עליה באותו אופן כמו סחוס מפרקי בריא, מה שמוביל לחוסר יכולתם של כונדרוציטים לשמור על הרכב תקין של המטריצה ולירידה בסינתזת פרוטאוגליקנים. מתפתח השלב הסופי של אוסטאוארתריטיס.

חקר ארתרופתיה של שרקו הוביל לפיתוח שיטה להאצה נוירוגנית של מידול אוסטאוארתריטיס מושרה בניתוח. ארתרופתיה של שרקו מאופיינת בהרס חמור של המפרק, "עכברי מפרקים", תפליט מפרק, חוסר יציבות רצועות, ויצירת רקמת עצם וסחוס חדשה בתוך המפרק. התפיסה הכללית של הפתוגנזה של ארתרופתיה (נוירוגנית) של שרקו היא הפרעה של אותות חושיים מהפרופריוספטורים והנוסיצפטורים של הגפיים למערכת העצבים המרכזית (CNS). כדי להאיץ את התקדמות האוסטאוארתריטיס הנגרמת על ידי חיתוך הרצועות הצולבות הקדמיות בכלבים, גנגליונקטומיה או כריתה של העצב המעצבב את המפרק מבוצעת לפני הניתוח, מה שמוביל להופעת שחיקות סחוס כבר בשבוע הראשון לאחר הניתוח. מעניין לציין, שדיאסריין DMOAD החדש היה יעיל כאשר נעשה בו שימוש במודל מתקדם לאט (שלמות נוירולוגית) של אוסטאוארתריטיס, אך לא היה יעיל באוסטאוארתריטיס ניסיונית מואצת נוירוגנטית.

לסיכום, יש לציין כי לא ניתן להעריך באופן מלא את זהותו של המודל הניסיוני של אוסטאוארתרוזיס ואוסטאוארתרוזיס בבני אדם, מכיוון שהאטיולוגיה והמנגנונים המדויקים של הפתוגנזה של המחלה טרם הובהרו. כפי שצוין קודם לכן, המטרה העיקרית של שימוש במודלים ניסיוניים של אוסטאוארתרוזיס בבעלי חיים היא להשתמש בהם כדי להעריך את יעילותן של תרופות חדשות, בעיקר מקבוצת "משני המחלה". גם אי אפשר לקבוע את הסבירות עד כמה תוצאות הטיפול בבעל חיים יתאימו לתוצאות השימוש בחומר תרופתי ניסיוני בבני אדם. NS Doherty ואחרים (1998) הדגישו את ההבדלים המשמעותיים בין מיני בעלי החיים המשמשים למידול אוסטאוארתרוזיס מבחינת התפתחות שונה של פתולוגיה, מתווכים שונים, קולטנים, אנזימים, מה שמוביל לאקסטרפולציה אובייקטיבית של הפעילות הטיפולית של תרופות חדשות המשמשות בבעלי חיים לבני אדם. דוגמה לכך היא היעילות הגבוהה של NSAIDs במידול דלקת פרקים דלקתית במכרסמים. דבר זה הוביל להערכה מחודשת של יעילותם של תרופות נוגדות דלקת לא סטרואידיות (NSAIDs) בבני אדם, אשר אצלם פרוסטגלנדינים אינם ממלאים את התפקיד הבסיסי בפתוגנזה של המחלה כפי שהם ממלאים במכרסמים, והיעילות הקלינית של תרופות נוגדות דלקת לא סטרואידיות מוגבלת לטיפול בתסמינים ולא לשינוי המחלה.

במקביל, הערכת חסר של חומרים פרמקולוגיים חדשים בעת חקירת יעילותם במודלים של בעלי חיים עלולה להוביל לאובדן חומרים טיפוליים פוטנציאליים יעילים בבני אדם. לדוגמה, מלחי זהב, פניצילאמין, כלורוקין וסולפסלאזין, אשר בעלי השפעה מסוימת בטיפול בדלקת מפרקים שגרונית, אינם יעילים כלל בבעלי חיים המשמשים לסינון תרופות אנטי-ראומטיות.

ההבדל בתגובה בין מודל חיה של אוסטאוארתרוזיס לבין חולה עם אוסטאוארתרוזיס לטיפול ב-DMOAD תלוי במידה רבה בקולגנאז, אנזים שמאמינים כי הוא מעורב באופן פעיל בפתוגנזה של אוסטאוארתרוזיס. מעכבי קולגנאז אינטרסטיציאלי (קולגנאז-1 או מטריקס מטאלופרוטאינאז (MMP)-1) נמצאים לעיתים קרובות במכרסמים עם אוסטאוארתרוזיס מודל, אך הומולוג של קולגנאז אנושי-1 לא נמצא במכרסמים וייתכן שלא קיים. לכן, מעכבים ספציפיים של קולגנאז אנושי-1 לא יראו יעילות טיפולית במכרסמים עם אוסטאוארתרוזיס ניסיונית. רוב מעכבי ה-MMP שנוצרו עד כה אינם סלקטיביים ולכן מעכבים את קולגנאז-3 (MMP-13), המעורב בפתוגנזה של אוסטאוארתרוזיס ניסיונית במכרסמים. יתר על כן, כפי שהראו מחקרים של NRA Beeley ואחרים (1994), JMP Freije ואחרים (1994), קולגנאז אנושי-3 מתבטא בסחוס המפרקי של חולים עם אוסטאוארתרוזיס ועשוי למלא תפקיד בפתוגנזה של המחלה.

ניתן להניח כי מתווכים, קולטנים או אנזימים אלה ממלאים תפקיד דומה בפתוגנזה של אוסטאוארתריטיס ממודל אצל בעל חיים מסוים ובבני אדם. דוגמה לכך היא היכולת הכימוטקטית של לויקוטריאן B4, הנחשבת זהה אצל בני אדם, עכברים וארנבות, אך פעילותם של אנטגוניסטים של חומר פעיל ביולוגית זה שונה פי 1000 בין מיני בעלי חיים. על מנת להימנע מאי דיוקים כאלה בניסויים, יש צורך ליצור שיטות המאפשרות לימוד פרמקודינמיקה in vivo. לדוגמה, ניתן לחקור את השפעתם של כל חומר על פעילותם של אנזימים או מתווכים אקסוגניים בבני אדם. טכניקה זו שימשה את V Ganu ואחרים (1994) כדי להעריך את פעילותם של מעכבי MMP על ידי קביעת יכולתן של תרופות לעכב את שחרור הפרוטאוגליקנים מסחוס המפרקי לאחר הזרקת סטרומלזין אנושי למפרק הברך של ארנבת.

למרות שהתוצאות שהתקבלו במודל הניסויי של אוסטאוארתריטיס עלולות להוביל להערכה שגויה של תופעות לוואי אפשריות של DMOADs, מודלים של בעלי חיים לאוסטאוארתריטיס ממלאים תפקיד חשוב במחקר בסיסי. החלטה סופית לגבי יעילותם של חומרים פרמקולוגיים בטיפול במחלות אנושיות יכולה להתקבל רק לאחר ביצוע ניסויים קליניים שלב III בבני אדם.