Экспериментальные модели остеонекроза на животных

Автор: Сертакова Анастасия Владимировна, Ульянов Владимир Юрьевич, Магомедрасулова Эльмира Абдулкеримовна

Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii

Рубрика: Обзор литературы

Статья в выпуске: 1 т.29, 2023 года.

Бесплатный доступ

Цель. Анализ экспериментальных анимальных моделей остеонекроза (ОН) на примере головки бедра с описанием достоинств и недостатков, их возможности для трансляции данных во взрослой и детской ортопедии, а также потенциальные модификации моделей для исследований в области ортопедии и ревматологии. Материалы и методы. Проведен поиск литературы на русском, английском, итальянском языках по электронным базам PubMed, Web of Science, Cochrane Library, E-library, а также банку данных научного издательства Springer, охвачен период с 1980 по 2021 г., включая важные исторические моменты лабораторного эксперимента на модели животных. Результаты и обсуждение. С учетом проанализированных нами исследований, мы пришли к выводу о том, что модели ОН с идеальными для нее условиями не существует, однако выбор модели, тем не менее, возможен и обусловлен целью исследователя воспроизвести ОН по типу «остеохондропатии» для изучения результатов применимо к детской ортопедии или классического ОН взрослого человека. С этой точки зрения, для остеохондропатии желательно использовать животных с длительно открытыми пластинами роста, интенсивным кровообращением во всех отделах кости и быстрой регенерацией, что соответствует ювенильным моделям крысы, кролика и свиньи. При воспроизведении ОН у взрослых предпочтение отдается собакам, овцам, свиньям и, в особенности, страусам эму. Нетравматические модели ОН у взрослых демонстрировали обратимость и соответствовали ранним стадиям. Заключение. Нуждаемость в моделировании ОН возросла ввиду прогресса ортобилогических техник (PRP-терапия, BMCs-технологии и др.) в лечении ОН. Однако результаты применения ортобиологических методов лечения неоднородны, разрозненны, не всегда достоверны статистически и являются предметом дискуссий. В связи с этими обстоятельствами поиск оптимальных анимальных моделей и тестирование методов лечения ОН в современной ортопедии является необходимостью.

Еще

Остеонекроз головки бедра, остеохондропатия, модель животного, эксперимент, ортобиология

Короткий адрес: https://sciup.org/142237483

IDR: 142237483   |   DOI: 10.18019/1028-4427-2023-29-1-110-116

Список литературы Экспериментальные модели остеонекроза на животных

  • Torgashin AN, Rodionova SS, Shumsky AA, Makarov MA, Torgashina AV, Akhtyamov IF, Kovalenko AN, Zagorodniy NV, Mironov SP. [Treatment of aseptic necrosis of the femoral head. Clinical guidelines]. Nauchno-prakticheskaia Revmatologiia. 2020;58(6):637-645. doi: 10.47360/19954484-2020-637-645 (in Russian)
  • Matveev R.P., Bragina S.V. [Avascular necrosis of the femoral head (Review of the literature)]. Ekologiia Cheloveka. 2018;25(3):58-64. (in Russian)
  • Hines JT, Jo WL, Cui Q, Mont MA, Koo KH, Cheng EY, Goodman SB, Ha YC, Hernigou P, Jones LC, Kim SY, Sakai T, Sugano N, Yamamoto T, Lee MS, Zhao D, Drescher W, Kim TY, Lee YK, Yoon BH, Baek SH, Ando W, Kim HS, Park JW. Osteonecrosis of the Femoral Head: an Updated Review of ARCO on Pathogenesis, Staging and Treatment. J Korean Med Sci. 2021 Jun 21;36(24):e177. doi: 10.3346/jkms.2021.36.e177
  • Holtmann H, Lommen J, Kübler NR, Sproll C, Rana M, Karschuck P, Depprich R. Pathogenesis of medication-related osteonecrosis of the jaw: a comparative study of in vivo and in vitro trials. J Int Med Res. 2018 0ct;46(10):4277-4296. doi: 10.1177/0300060518788987
  • Fan M, Peng J, Qin L, Lu S. Experimental animal models of osteonecrosis. Rheumatol Int. 2011 Aug;31(8):983-994. doi: 10.1007/s00296-011-1819-9
  • Рубашкин С.А., Сертакова А.В., Дохов М.М., Тимаев М.Х. Дегенеративные заболевания тазобедренных суставов у детей. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2018;6(3):78-86. doi: 10.17816/PT0RS6378-86
  • Кожевников О.В., Лысиков В.А., Иванов А.В. Болезнь Легг-Кальве-Пертеса: этиология, патогенез, диагностика и лечение. Вестник травматологии и ортопедии им Н.Н. Приорова. 2017;24(1):77-87. doi: 10.17816/vto201724177-87
  • Petek D, Hannouche D, Suva D. Osteonecrosis of the femoral head: pathophysiology and current concepts of treatment. EFORT Open Rev. 2019 Mar 15;4(3):85-97. doi: 10.1302/2058-5241.4.180036
  • Lespasio MJ, Sodhi N, Mont MA. Osteonecrosis of the Hip: A Primer. Perm J. 2019;23:18-100. doi: 10.7812/TPP/18-100
  • Тепленький М.П., Чепелева М.В., Кузнецова Е.И. Болезнь Пертеса: иммунологические аспекты. Клиническая лабораторная диагностика. 2020;65(4):239-243. doi: 10.18821/0869-2084-2020-65-4-239-243
  • Черешнев В.А., Шилов Ю.И., Черешнева М.В., Самоделкин Е.И., Гаврилова Т.В., Гусев Е.Ю., Гуляева И.Л. Экспериментальные модели в патологии: учебник. Пермь: Пермский гос. ун-т, 2011. 266 с.
  • Кильчевский Г.С. Аваскулярные некрозы головки бедренной кости в эксперименте. Ортопедия, травматология и протезирование. 1963;(7):30-34.
  • Nishino M, Matsumoto T, Nakamura T, Tomita K. Pathological and hemodynamic study in a new model of femoral head necrosis following traumatic dislocation. Arch Orthop Trauma Surg. 1997;116(5):259-262. doi: 10.1007/BF00390048
  • Hofstaetter JG, Wang J, Yan J, Glimcher MJ. The effects of alendronate in the treatment of experimental osteonecrosis of the hip in adult rabbits. Osteoarthritis Cartilage. 2009 Mar;17(3):362-370. doi: 10.1016/j.joca.2008.07.013
  • Peled E, Bejar J, Zinman C, Boss JH. Vasculature deprivation-induced osteonecrosis of rats' femoral heads associated with the formation of deep surface depressions. Arch Orthop Trauma Surg. 2007 Jul;127(5):369-374. doi: 10.1007/s00402-006-0258-7
  • Vadasz Z, Misselevich I, Norman D, Peled E, Boss JH. Localization of vascular endothelial growth factor during the early reparative phase of the rats' vessels deprivation-induced osteonecrosis of the femoral heads. Exp Mol Pathol. 2004 Oct;77(2):145-148. doi: 10.1016/j.yexmp.2004.06.002
  • Levin D, Norman D, Zinman C, Misselevich I, Reis DN, Boss JH. Osteoarthritis-like disorder in rats with vascular deprivation-induced necrosis of the femoral head. Pathol Res Pract. 1999;195(9):637-647. doi: 10.1016/S0344-0338(99)80129-0
  • Norman D, Reis D, Zinman C, Misselevich I, Boss JH. Vascular deprivation-induced necrosis of the femoral head of the rat. An experimental model of avascular osteonecrosis in the skeletally immature individual or Legg-Perthes disease. Int J Exp Pathol. 1998 Jun;79(3):173-181. doi: 10.1046/j.1365-2613.1998.00063.x
  • Peskin B, Shupak A, Misselevich I, Zinman C, Levin D, Jacob Z, Reis DN, Boss JH. Transphyseal osseous bridges in experimental osteonecrosis of the femoral head of the rat. Histologic study of the bony bridges connecting the epiphyseal with the metaphyseal bony trabeculae through gaps in the physeal cartilage. J Pediatr Orthop B. 2001 Jul;10(3):214-218.
  • Peled E, Bejar J, Zinman C, Boss JH, Reis DN, Norman D. Prevention of distortion of vascular deprivation-induced osteonecrosis of the rat femoral head by treatment with alendronate. Arch Orthop Trauma Surg. 2009 Feb;129(2):275-279. doi: 10.1007/s00402-008-0656-0
  • Kim HK, Su PH, Qiu YS. Histopathologic changes in growth-plate cartilage following ischemic necrosis of the capital femoral epiphysis. An experimental investigation in immature pigs. J Bone Joint Surg Am. 2001 May;83(5):688-697. doi: 10.2106/00004623-200105000-00007
  • Koob TJ, Pringle D, Gedbaw E, Meredith J, Berrios R, Kim HK. Biomechanical properties of bone and cartilage in growing femoral head following ischemic osteonecrosis. J Orthop Res. 2007 Jun;25(6):750-757. doi: 10.1002/jor.20350
  • Kim HK, Sanders M, Athavale S, Bian H, Bauss F. Local bioavailability and distribution of systemically (parenterally) administered ibandronate in the infarcted femoral head. Bone. 2006 Jul;39(1):205-212. doi: 10.1016/j.bone.2005.12.019
  • Hofstaetter JG, Roschger P, Klaushofer K, Kim HK. Increased matrix mineralization in the immature femoral head following ischemic osteonecrosis. Bone. 2010 Feb;46(2):379-385. doi: 10.1016/j.bone.2009.10.006
  • Swiontkowski MF, Tepic S, Rahn BA, Cordey J, Perren SM. The effect of fracture on femoral head blood flow. Osteonecrosis and revascularization studied in miniature swine. Acta Orthop Scand. 1993 Apr;64(2):196-202. doi: 10.3109/17453679308994570
  • Seiler JG 3rd, Kregor PJ, Conrad EU 3rd, Swiontkowski MF. Posttraumatic osteonecrosis in a swine model. Correlation of blood cell flux, MRI and histology. Acta Orthop Scand. 1996 Jun;67(3):249-254. doi: 10.3109/17453679608994682
  • Способ создания модели остеохондропатии головки бедренной кости : пат. 2229167 Рос. Федерация : G098B 23/28. Киргизов И.В., Горбунов Н.С., Кирпичев С.В., Дударев В.А. ; патентообладатель Красноярская государственная медицинская академия ; № 2002128079/14 ; заявл. 18.10.2004 ; опубл. 20.05.2004, Бюл. № 14.
  • Reed KL, Brown TD, Conzemius MG. Focal cryogen insults for inducing segmental osteonecrosis: computational and experimental assessments of thermal fields. J Biomech. 2003 Sep;36(9):1317-13126. doi: 10.1016/s0021-9290(03)00154-4
  • Mont MA, Einhorn TA, Sponseller PD, Hungerford DS. The trapdoor procedure using autogenous cortical and cancellous bone grafts for osteonecrosis of the femoral head. J Bone Joint Surg Br. 1998 Jan;80(1):56-62. doi: 10.1302/0301-620x.80b1.7989
  • Li Y, Han R, Geng C, Wang Y, Wei L. A new osteonecrosis animal model of the femoral head induced by microwave heating and repaired with tissue engineered bone. Int Orthop. 2009 Apr;33(2):573-580. doi: 10.1007/s00264-008-0672-2
  • Hamazoe R, Maeta M, Murakami A, Yamashiro H, Kaibara N. Heating efficiency of radiofrequency capacitive hyperthermia for treatment of deep-seated tumors in the peritoneal cavity. J Surg Oncol. 1991 Nov;48(3):176-179. doi: 10.1002/jso.2930480307
  • Способ моделирования асептического некроза головки бедренной кости : а.с. 1141444 СССР / Филиппенко В.А., Малышкина С.В., Дедух Н.В., Кулиш Н.И., Панков Е.Я., Жигун А.И. ; заявитель: Харьковский научно-исследовательский институт ортопедии и травматологии им. проф. М.И. Стенко. № 3573549 ; заявл. 23.02.1985 ; опубл. 04.04.1983.)
  • Malizos KN, Quarles LD, Seaber AV, Rizk WS, Urbaniak JR. An experimental canine model of osteonecrosis: characterization of the repair process. J Orthop Res.l993 May;11(3):350-357. doi: 10.1002/jor.1100110306
  • Conzemius MG, Brown TD, Zhang Y, Robinson RA. A new animal model of femoral head osteonecrosis: one that progresses to human-like mechanical failure. J Orthop Res. 2002 Mar;20(2):303-309. doi: 10.1016/S0736-0266(01)00108-5
  • Martel J, Bueno A, Domínguez MP, Llorens P, Quirós J, Delgado C. Percutaneous radiofrequency ablation: relationship between different probe types and procedure time on length and extent of osteonecrosis in dog long bones. Skeletal Radiol. 2008 Feb;37(2):147-152. doi: 10.1007/s00256-007-0416-1
  • Le TX, Andrews RT. Thermal osteonecrosis of the rib after radiofrequency ablation in the thorax. J Vasc Interv Radiol. 2008 Jun;19(6):940-944. doi: 10.1016/j.jvir.2008.02.017
  • Encalada I, Richmond JC. Osteonecrosis after arthroscopic meniscectomy using radiofrequency. Arthroscopy. 2004 Jul;20(6):632-636. doi: 10.1016/j. arthro.2004.04.075
  • Cetik O, Cift H, Comert B, Cirpar M. Risk of osteonecrosis of the femoral condyle after arthroscopic chondroplasty using radiofrequency: a prospective clinical series. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2009 Jan;17(1):24-29. doi: 10.1007/s00167-008-0604-0
  • Bonutti PM, Seyler TM, Delanois RE, McMahon M, McCarthy JC, Mont MA. Osteonecrosis of the knee after laser or radiofrequency-assisted arthroscopy: treatment with minimally invasive knee arthroplasty. J Bone Joint Surg Am. 2006 Nov;88 Suppl 3:69-75. doi: 10.2106/JBJS.F.00533
  • Manggold J, Sergi C, Becker K, Lukoschek M, Simank HG. A new animal model of femoral head necrosis induced by intraosseous injection of ethanol. Lab Anim. 2002 Apr;36(2):173-180. doi: 10.1258/0023677021912460
  • Способ моделирования эпифизарного асептического некроза в эксперименте : пат. 2300812 Рос. Федерация : G09B 23/28 / Пожарский В.П., Егорова С.А., Егоров Н.А., Пожарский А.В. № 2003130244/14; заявл. 10.06.07 ; опубл. 27.03.2005, Бюл. № 9.
  • Бойко А.С. Комплексное лечение болезни Легг-Кальве-Пертеса у детей: дис. ... канд. мед. наук. Ростов-на-Дону, 2006. 94 с.
  • Wada M, Kumagai K, Murata M, S-Yamashita Y, Shindo H. Warfarin reduces the incidence of osteonecrosis of the femoral head in spontaneously hypertensive rats. J Orthop Sci. 2004;9(6):585-590. doi: 10.1007/s00776-004-0829-9
  • Suzuki M, Kumagai K, Osaki M, Murata M, Tomita M, Miyata N, Hozumi A, Niwa M. Osteonecrosis of femoral head in the stroke-prone spontaneously hypertensive rats, especially old rats. Clin Exp Hypertens. 2008 0ct;30(7):689-697. doi: 10.1080/10641960802251883
  • Mont MA, Jones LC, Hungerford DS. Nontraumatic osteonecrosis of the femoral head: ten years later. J Bone Joint Surg Am. 2006 May;88(5):1117-1132. doi: 10.2106/JBJS.E.01041
  • Xu J, Gong H, Lu S, Deasey MJ, Cui Q. Animal models of steroid-induced osteonecrosis of the femoral head-a comprehensive research review up to 2018. Int Orthop. 2018 Jul;42(7):1729-1737. doi: 10.1007/s00264-018-3956-1
  • Fang S, Li Y, Chen P. Osteogenic effect of bone marrow mesenchymal stem cell-derived exosomes on steroid-induced osteonecrosis of the femoral head. Drug Des Devel Ther. 2018 Dec 18;13:45-55. doi: 10.2147/DDDT.S178698
  • Iwakiri K, Oda Y, Kaneshiro Y, Iwaki H, Masada T, Kobayashi A, Asada A, Takaoka K. Effect of simvastatin on steroid-induced osteonecrosis evidenced by the serum lipid level and hepatic cytochrome P4503A in a rabbit model. J Orthop Sci. 2008 Sep;13(5):463-468. doi: 10.1007/s00776-008-1257-z
  • Kuribayashi M, Fujioka M, Takahashi KA, Arai Y, Ishida M, Goto T, Kubo T. Vitamin E prevents steroid-induced osteonecrosis in rabbits. Acta Orthop. 2010 Feb;81(1):154-160. doi: 10.3109/17453671003587101
  • Takao M, Sugano N, Nishii T, Sakai T, Nakamura N, Yoshikawa H. Different magnetic resonance imaging features in two types of nontraumatic rabbit osteonecrosis models. Magn Reson Imaging. 2009 Feb;27(2):233-239. doi: 10.1016/j.mri.2008.07.001
  • Zhang X, Liu Y, Ren K, Liu J, Zhu B, Sun Z. [Secondary total hip arthroplasty for osteonecrosis of femoral head after failed internal fixation of femoral neck fracture]. Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi. 2010 Mar;24(3):257-261. (in Chinese)
  • Cui Q, Wang GJ, Su CC, Balian G. The OttoAufrancAward. Lovastatin prevents steroid induced adipogenesis and osteonecrosis. Clin Orthop Relat Res. 1997Nov;(344):8-19.
  • Xavier A, Toumi H, Lespessailles E. Animal Model for Glucocorticoid Induced Osteoporosis: A Systematic Review from 2011 to 2021. Int J Mol Sci. 2021 Dec 29;23(1):377. doi: 10.3390/ijms23010377
  • Irisa T, Yamamoto T, Miyanishi K, Yamashita A, Iwamoto Y, Sugioka Y, Sueishi K. Osteonecrosis induced by a single administration of low-dose lipopolysaccharide in rabbits. Bone. 2001 Jun;28(6):641-649. doi: 10.1016/s8756-3282(01)00460-4
  • Sakaguchi O, Kokuryo S, Tsurushima H, Tanaka J, Habu M, Uehara M, Nishihara T, Tominaga K. Lipopolysaccharide aggravates bisphosphonate-induced osteonecrosis in rats. Int J Oral Maxillofac Surg. 2015 Apr;44(4):528-534. doi: 10.1016/j.ijom.2014.08.011
  • Tsuji T, Sugano N, Sakai T, Yoshikawa H. Evaluation of femoral perfusion in a non-traumatic rabbit osteonecrosis model with T2*-weighted dynamic MRI. J Orthop Res. 2003 Mar;21(2):341-351. doi: 10.1016/S0736-0266(02)00144-4
  • Zhang G, Sheng H, He YX, Xie XH, Wang YX, Lee KM, Yeung KW, Li ZR, He W, Griffith JF, Leung KS, Qin L. Continuous occurrence of both insufficient neovascularization and elevated vascular permeability in rabbit proximal femur during inadequate repair of steroid-associated osteonecrotic lesions. Arthritis Rheum. 2009 Oct;60(10):2966-2977. doi: 10.1002/art.24847
  • Sun Y, Feng Y, Zhang C. The effect of bone marrow mononuclear cells on vascularization and bone regeneration in steroid-induced osteonecrosis of the femoral head. Joint Bone Spine. 2009 Dec;76(6):685-690. doi: 10.1016/j.jbspin.2009.04.002
  • Wu X, Yang S, Duan D, Zhang Y, Wang J. Experimental osteonecrosis induced by a combination of low-dose lipopolysaccharide and high-dose methylprednisolone in rabbits. Joint Bone Spine. 2008 Oct;75(5):573-578. doi: 10.1016/j.jbspin.2007.11.004
  • Okazaki S, Nishitani Y, Nagoya S, Kaya M, Yamashita T, Matsumoto H. Femoral head osteonecrosis can be caused by disruption of the systemic immune response via the toll-like receptor 4 signalling pathway. Rheumatology (Oxford). 2009 Mar;48(3):227-232. doi: 10.1093/rheumatology/ken462
  • Wang Y, Yin L, Li Y, Liu P, Cui Q. Preventive effects of puerarin on alcohol-induced osteonecrosis. Clin Orthop Relat Res. 2008 May;466(5):1059-1067. doi: 10.1007/s11999-008-0178-7
  • Jaffre C, Rochefort GY. Alcohol-induced osteonecrosis--dose and duration effects. Int J Exp Pathol. 2012 Feb;93(1):78-79; author reply 79. doi: 10.1111/j.1365-2613.2011.00798_1.x
  • Lehner CE, Adams WM, Dubielzig RR, Palta M, Lanphier EH. Dysbaric osteonecrosis in divers and caisson workers. An animal model. Clin Orthop Relat Res. 1997 Nov;(344):320-332.
  • Эйсмонт О.Л. Ортобиологические технологии в лечении остеоартрита суставов. Медицинские новости. 2020;(8):45-48.
  • Obana KK, Schallmo MS, Hong IS, Ahmad CS, Moorman CT 3rd, Trofa DP, Saltzman BM. Current Trends in Orthobiologics: An 11-Year Review of the Orthopaedic Literature. Am J Sports Med. 2022 Sep;50(11):3121-3129. doi: 10.1177/03635465211037343
  • Должиков А.А., Должикова И.Н. Выбор экспериментальной модели в биомедицинских исследованиях имплантатов (обзор). Научные результаты биомедицинских исследований. 2018;4(3):49-62. doi: 10.18413/2313-8955-2018-4-3-0-5
  • Aerssens J, Boonen S, Lowet G, Dequeker J. Interspecies differences in bone composition, density, and quality: potential implications for in vivo bone research. Endocrinology. 1998 Feb;139(2):663-670. doi: 10.1210/endo.139.2.5751
  • Gong JK, Arnold JS, Cohn SH. Composition of trabecular and cortical bone. Anat. Rec., 1964 Jul;149:325-331. doi: 10.1002/ar.1091490303
  • Слизовский Г.В., Кужеливский И.И., Ситко Л.А., Бочмага Я.Я. Способ моделирования асептического некроза головки бедра. Мать и дитя в Кузбассе. 2017;(1):33-36.
  • Способ моделирования асептического некроза головки бедра: пат. 2626567 Рос. Федерация / Кужеливский И.И., Слизовский Г.В., Аникина Е.Ю. ; патентообладатель ФГБОУ ВО СибГМУ Минздрава России. № 2016140100 ; заявл. 11.10.2016 ; опубл. 28.07.2017, Бюл. № 22.
Еще
Статья обзорная