ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ХВОРОБИ КРОНА І виразковий коліт

1. бібліографічна ПОСИЛАННЯ

1 Осика М.В. 1 Симонян Є.В. 1 Бакеева А.Є. 1 Костіна О.О. 1

1 ФГБОУ ВО "Південно-Уральський державний медичний університет" МОЗ Росії

У всьому світі спостерігається стійке зростання частоти хронічних захворювань кишечника, найбільш важкими і поширеними з яких є запальні захворювання кишечника - хвороба Крона (БК) і виразковий коліт (ЯК). Етіологія і патогенез БК і ЯК до теперішнього часу точно не встановлені, а застосовувана лікарська терапія не призводить до лікування і має безліч побічних ефектів, що обмежує її використання. У зв'язку з цим важливим є подальше вивчення патогенезу БК і ЯК, а також розробка і доклінічна апробація нових підходів до діагностики та лікування. Це можливо в умовах експериментального моделювання БК і ЯК у тварин. Мета роботи - провести критичний аналіз даних про відомих методах експериментального моделювання БК і ЯК, індексованих в рецензованих джерелах баз даних Pubmed і Російського індексу наукового цитування за період 2006-2015 рр. Експериментальна модель ЯК і БК повинна бути максимально наближена до ВЗК у людини з клінічної, морфологічної, імунологічної і гематологічної картині. Важливими вимогами до моделей є простота, швидкість постановки і низька вартість. Виявлено два основні підходи при моделюванні ВЗК: з використанням трансгенних тварин з нокаутував генами, продукти яких займають ключові позиції в патогенезі (STAT4, STAT73, ІЛ-7, CD40 +), а також хімічно індуковані моделі (декстрана сульфат натрію, трінітробензолсульфоновая кислота, дінітробензолсульфоновая кислота , оцтова кислота). Критичний аналіз експериментальних моделей ВЗК дозволив позначити найбільш оптимальні підходи - для ЯК модель з 4% оцтовою кислотою, для БК - модель з дінітробензолсульфоновой кислотою.

хвороба Крона

язвений коліт

запальні захворювання кишечника

експериментальне моделювання.

1. Абдулхак С.Р., Абдулхак А.С. Неспецифічний виразковий коліт: сучасні підходи до діагностики та лікування // Вісник сучасної клінічної медицини. - 2009. - Т. 2, вип. 1. - С. 32-41.

2. Біологічна терапія запальних захворювань кишечника / В. І. Совалкін [и др.] // Експериментальна і клінічна гастроентерологія. - 2010. - №. 3. - С. 83-84.

3. Григор'єва Г.А., Мешалкина Н.Ю. Хвороба Крона. - М .: Медицина, 2007. - 184 с.

4. Деркач Н.В., Малоштан Л.М., Анас Фаттал. Вивчення впливу феносіна на перебіг експериментального виразкового коліту у щурів // Медицина і освіта в Сибіру. - 2015. - №. 3. - С.10.

5. Коновіч Е.А., Халіф І.Л., Шапина М.В. Иммунопатогенез запальних захворювань кишечника // РЖГГК. - 2013. - Т.23. - № 4. - С.69-78.

6. Морфофункціональний оновлення епітеліальних клітин товстої кишки і апудоцитов в патогенезі та прогнозуванні перебігу неспецифічного виразкового коліту / А. М. Осадчук [и др.] // Клінічна медицина. - 2006. - Т. 84, №. 12. - С. 35-39.

7. Неспецифічний виразковий коліт / Н. Т. Ватутін [и др.] // Архів' внутрішньої медицини. - 2015. - №. 4 (24). - С.62.

8. Осика М.В., Телешева Л.Ф., Агєєв Ю.І. та ін. Патофізіологічні аспекти зміни і коррекцііврожденного імунітету при хронічній нирковій недостатності // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2013. - №. 5. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=7450 (дата звернення: 08.08.2016).

9. Полуектова Е.А., Ляшенко О.С., Корольов А.В. Механізми, що забезпечують взаємодію бактеріальних клітин з організмом господаря, і їх порушення у пацієнтів із запальними захворюваннями кишечника. // Російський журнал гастроентерології, гепатології, колопроктології. - 2014. - № 5. - С. 42-53.

10. Рахімова О.Ю., Юрков М.Ю., Митрофанова І.П., Пайзуллаева З.К. Запальні захворювання кишечника // Комаров Ф.І., Рапопорт С.І., ред. Керівництво з гастроентерології. - М., 2010. - С. 379-408.

11. Халіф І.Л. Запальні захворювання кишечника (неспецифічний виразковий коліт і хвороба Крона): клініка, діагностика та лікування. - М .: Міклош, 2008.

12. Циммерман Я.С. Класифікація основних гастроентерологічних захворювань і синдромів. - 3-е изд. - Перм: ПГМА, 2012.

13. Виразковий коліт і хвороба Крона у дітей: нові підходи до лікування / Е.Н. Федулова [та ін.] // Медичний альманах. - 2008. - №.5. - С. 160.

14. Anti-inflammatory and anti-angiogeniceffect of long chain n-3 polyunsaturated fatty acids in intestinal microvascular endothelium / Ibrahim A. [et al.] // Clin. Nutr. - 2011. - №. 30. - P. 678-687.

15. Barnett M. Animal Models of Colitis: Lessons Learned, and Their Relevance to the Clinic / M. Barnett, A. Fraser // Ulcerative Colitis - Treatments, Special Populations and the Future. - 2011. - No.2. - P. 161-165.

16. Baumgart DC, Sandborn WJ Crohn's disease // Lancet. - 2012. - №. 380. - P. 590-605.

17. Distinct cytokine patterns identified from multiplex profiles of murine DSS and TNBS-induced colitis / Alex, P. [et al.] // Inflam. Bowel Dis. - 2009. - Vol.15, No.3. - P. 341-352.

18. Inflammatory Bowel Disease, ed. by SR Targan et al. - UK .: Wiley-Blackwell, 2010. - Ch. 11. - Р. 157-170.

19. Investigation of two models of trinitrobenzenesulfonic acid-induced colitis in rats / Marinov V. [et al.] // Trakia Journal of Sciences. - 2015. - Vol. 13, Suppl. 2. - P. 49-54.

20. Minaiyan M. Effects of extract and essential oil of Rosmarinus officinalis L. on TNBS-induced colitis in rats. / M. Minaiyan, A. Ghannadi, P. AfsharipourMahzouni // Res Pharm Sci. - 2011. - No. 6. - P. 13-21.

21. Morampudi, V. DNBS / TNBS Colitis Models: Providing Insights Into Inflammatory Bowel Disease and Effects of Dietary Fat./ V. Morampudi [et al.] // J. Vis. Exp. - 2014. - №. 84.URL: http://www.jove.com/video/51297/dnbstnbs-colitis-models-providing-insights-into-inflammatory-bowel (дата звернення: 06.08.2016).

22. Novel features of the rat model of inflammatory bowel disease based on 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid-induced acute colitis / Szalai Z. [et al.] // Acta Biologica Szegediensis. - 2014. - Vol. 58 (2). - P. 127-132.

23. Sotnikova R. Efficacy of quercetin derivatives in prevention of ulcerative colitis in rats / R. Sotnikova, V. Nosalova, J. Navarova // Interdisciplinary Toxicology. - 2013. - Vol. 6 (1). - P. 9-12.

Запальні захворювання кишечника (ВЗК): виразковий коліт (ЯК) і хвороба Крона (БК) - одна з найбільш значущих проблем сучасної гастроентерології. Постійне зростання захворюваності, інвалідизація населення, а також велика поширеність переважної більшості випадків серед працездатного населення у віці 20-40 років, робить дану групу захворювань соціально значущої [2]. БК - це рецидивуюче системне запальне захворювання, яке може вражати будь-яку частину гастроинтестинального тракту, супроводжуватися екстраінтестінальних проявами і асоційованими імунними порушеннями [16]. ЯК - це хронічне запальне захворювання слизової оболонки товстої кишки невідомої етіології з розвитком в ній виразково-некротичних змін, локалізоване переважно в її дистальних відділах, що вражає спочатку пряму кишку з подальшим поширенням в проксимальному напрямку і в 10% випадків захоплююче всю товсту кишку (рідко - з рефлюксна леотіфлітом); протікає з різними місцевими та системними ускладненнями і позакишкові проявами [12].

Поширеність ЯК в світі становить 4-20 випадків на 100000 населення, в Росії - 1,7 випадків на 100000 населення. Поширеність БК в світі становить 2-8 випадків на 100000 населення, в Росії - 0,3 випадку на 100000 населення [1, 2].

Вважається, що БК виникає в результаті взаємодії зовнішніх і внутрішніх факторів. Відбувається місцеве пошкодження тканин кишечника і, як наслідок, розвиток локального запалення в різних відділах шлунково-кишкового тракту. Генетично детермінованість здатності імунної системи регулювати запальні реакції підтверджена встановленої зв'язком між системою головного комплексу гістосумісності (HLA) і БК. Найчастіше в основі патогенезу БК лежать імунні механізми, які несуть відповідальність за стан епітеліального бар'єру кишкової стінки. Згідно лімфатичної теорії, первинні зміни розвиваються в лімфатичних вузлах брижі і лімфоїдних фолікулів кишкової стінки, що веде до лимфатическому набряку підслизового шару, що завершується деструкцією і гранулематозом кишкової стінки [3].

Етіологія виразкового коліту до кінця не вивчена. Існує генетична схильність до НВК (сімейні випадки виразкового коліту). Є дані про зв'язок НВК з антигеном DR2 і В27 комплексу гістосумісності HLA. У патогенезі мають значення зміни іммуногістологіческоеультраструктурному реактивності, дисбіотичні зрушення, алергічні реакції, генетичні фактори, нервово-психічні порушення, велике значення надають аутоиммунизации. Останнє можна підтвердити виявленням при виразковий коліт аутоантитіл, характером клітинного інфільтрату, який відображає реакцію ГЗТ. Також виявляють трофічні розлади в зв'язку з вираженою деструкцією интрамурального нервового апарату кишки. Активно досліджується роль при ЯК і БК умовно-патогенної мікрофлори, яка безперервно стимулює імунну систему кишечника і призводить до виникнення місцевої алергічної реакції [6, 9, 10, 11, 22].

Відсутність чітких уявлень про етіологію і патогенез ЯК і БК призводить до проблем в діагностиці і в більшій мірі в лікуванні ВЗК навіть при наявності широкого спектра застосовуваних лікарських засобів. Перебіг БК і ЯК призводить до тяжких ускладнень, в 1,5 рази збільшилася частота формування патологічного процесу в ранньому віці, з'явилися більш важкі позакишкові прояви, частіше спостерігається розвиток резистентності до традиційної терапії, рання інвалідизація пацієнтів, що вимагає розробки нових терапевтичних підходів [2, 13]. Експериментальне моделювання патології людини є актуальною проблемою сучасної медицини і ефективно використовується для розробки нових терапевтичних підходів [8]. Для апробації нових лікарських засобів з патогенетично обґрунтованим механізмом дії виникає необхідність в моделюванні ЯК і БК.

Мета роботи - провести критичний аналіз даних про відомих методах експериментального моделювання БК і ЯК, індексованих в рецензованих джерелах баз даних Pubmed і Російського індексу наукового цитування за період 2006-2015 рр. Виявити найбільш оптимальну експериментальну модель ЯК і БК по клінічній, морфологічної, імунологічної, гематологічної картині. Важливими вимогами до моделей ЯК і БК є простота, швидкість постановки і низька вартість.

Моделювання ЯК. Можна виділити два основних підходи при моделюванні як ЯК, так і БК.

1. В останні 10-20 років розроблені експериментальні моделі ВЗК, які розвиваються спонтанно у мишей з певним генотипом або в результаті впливу на геном (нокаутні, трансгенні миші) і асоційовані з втратою імунної толерантності до аутологічної кишкової мікрофлори.

Втрата компонентів епітелію кишечника (кератин 8-дефіцитні миші), слизу (муцин 2-дефіцитні миші), транспортного білка (миші з дефіцитом гена 1а множинної медикаментозної резистентності). ВЗК цієї групи розвиваються при впливах на адаптивну імунну систему і викликають активацію ефекторних функції CD4 + Т-лімфоцитів. Однією з таких моделей є STAT4 трансгенні миші (STAT4 - фактор транскрипції, який активує гени імунної відповіді типу Th1 зі збільшенням продукції IFN-γ). У мишей цієї лінії після додаткової активації імунної системи антигеном гемоцианин через 7-14 днів розвивається ентероколіт з глибоким трансмуральним запаленням і щільним інфільтратом CD4 + T-клітин, які продукують IFN-γ та ФНП-α. Перенесення активованих бактеріальними антигенами CD4 + T-клітин цих мишей імунодефіцитних реципієнтам викликав розвиток коліту.

Інші варіанти ВЗК цього типу спостерігаються при стимуляції росту незрілих і зрілих лімфоцитів, їх диференціювання c розвитком патогенної ефекторних функції, зокрема, при високій експресії ІЛ-7 (ІЛ-7-трансгенні миші) або ліганду CD40 на лімфоцитах (СD40-лігандтрансгенние миші) , який активує клітини, що несуть рецептор CD40 ( «наївні» Т-клітини, B-клітини, макрофаги, моноцити) зі збільшенням продукції прозапальних цитокінів. В останньому випадку розвивалося мультиорганної запалення, включаючи ентероколіт, який відтворювався при перенесенні CD4 + T-клітин від хворих мишей [18].

Вимкнення сигнальних молекул, що веде до порушення балансу між про- і протизапальними цитокінами (A20-дефіцитні миші, STAT73 - / - дефіцитні миші) і ін. Протягом 5-12 тижнів у мишей розвиваються різні по локалізації та тяжкості варіанти ентероколіту або коліту з інфільтрацією стінки кишечника імунокомпетентними клітинами (нейтрофіли, CD4 + T-клітини, B-клітини та ін.) і збільшенням продукції прозапальних цитокінів IFN-γ, ФНП-α, ІЛ-1, ІЛ-12, хемокінів і їх рецепторів [18].

2. Хімічно індуковані моделі з використанням декстрану сульфату натрію (ДСН), трінітробензолсульфоновой кислоти (ТНБС) і дінітробензолсульфоновой кислоти (ДНБС), 4% і 10% оцтової кислоти [14, 15, 20, 23].

З огляду на низьку вартість і швидкість постановки, хімічно індуковані моделі є кращими в експериментальних дослідженнях ВЗК. Безумовно, кожна модель характеризується рядом обмежень і недоліків поряд з достоїнствами і перевагами, виходячи з цього виникає необхідність порівняльного аналізу експериментальних моделей:

2.1. Модель з введенням ДСН - одна з найбільш часто використовуваних при моделюванні ЯК у гризунів. Поглинання мишами 3-10% ДСН, розчиненого в питній воді, протягом 7-10 днів індукує клінічні ознаки ЯК: втрату ваги, криваву діарею; морфологічні ознаки: вкорочення ободової кишки, виразка слизової оболонки, зменшення числа келихоподібних клітин, крипт і їх глибини, інфільтрацію лімфоцитами, плазмоцитами і гістоціти. [15]. Модель досить зручна для дослідження ефективності лікарських препаратів, вивчення механізмів епітеліальної регенерації, впливу вродженого імунітету на гомеостаз слизових оболонок і дослідження ролі ЯК в розвитку интестинальной дисплазії і аденокарциноми.

2.2. Альтернативою використанню ДСН є модель з введенням ДНБС. Вона має на увазі ректальне введення 100 мг / кг ДНБС, попередньо розчиненого в 50% спирті етиловому, присутність якого необхідно для поліпшення проникнення речовин через епітелій у власну пластинку слизової оболонки кишечника. Дана модель асоційована з такими клінічними і морфологічними проявами, як кривава діарея, втрата ваги, витончення кишкової стінки, виразка слизової оболонки, зменшення кількості крипт, нейтрофильная інфільтрація. Однак зазначені морфологічні ознаки локалізуються переважно в дистальному відділі кишечника, що характерно більше для БК, а не для ЯК [15, 19, 23].

2.3. Введення ТНБС при моделюванні ЯК дуже схоже з моделлю з використанням ДНБС. Ректально вводиться 100 мг / кг речовини, попередньо розчиненого в 50% спирту етилового. Морфологічна картина моделі також більш характерна для БК, ніж для ЯК [23].

2.4. Наступна модель має на увазі індукування ЯК ректальним введенням на глибину 8 см 1 мл 4% оцтової кислоти. Використання оцтової кислоти при моделюванні ЯК - один з найбільш широко застосовуваних методів моделювання. В результаті введення оцтової кислоти в порожнину кишечника спостерігаються клінічні ознаки: кривава діарея, втрата ваги; морфологічні ознаки: інтенсивний запальний відповідь, що характеризується масштабним кровотечею, вогнищевими виразками, витончення кишкової стінки, зменшенням кількості крипт, нейтрофільної інфільтрацією [21]. Ректальне введення оцтової кислоти для моделювання ЯК можливо і в 10% концентрації, але в меншому обсязі - 0,5 мл. В результаті спостерігаються клінічні ознаки інтоксикації, діарея з домішками слизу і крові, зниження маси тіла тварин; морфологічні ознаки: виражена гіперемія і набряк слизової оболонки, інтенсивні крововиливи, численні ділянки некрозу [4].

Однак у розглянутих нами моделей існує і ряд недоліків:

1. Широка варіабельність концентрацій при пероральному використанні ДСН призводить до неможливості контролю обсягу поглиненого розчину тваринами і маси надійшов в шлунково-кишковому тракті ДСН. Це призводить до різнорідності ушкоджень слизової стінки кишечника по глибині і площі поширення. Наслідком є ​​широкий розкид результатів експерименту.

1. Застосування ДНБС і ТНБС відтворює клінічну картину ЯК, проте симптоми можуть варіювати в залежності від використовуваних тварин, частоти введення, дози ДНБС і ТНБС. За всіма ознаками використання ДНБС і ТНБС краще відтворює БК, а не ЯК [17]. Незаперечною перевагою ДНБС і ТНБС в порівнянні з ДСН є низька вартість.
2. Використання 4% оцтової кислоти, крім хорошої відтворюваності ознак ЯК, зручності і простоти методу, характеризується доступністю речовини і економічною перевагою. Введення 10% оцтової кислоти призводить до розвитку виражених деструктивних змін слизової стінки кишечника, що часто призводить до ускладнень у вигляді кишкових кровотеч, перфорації стінки і перитоніту, що збільшує частоту летальних випадків.

Моделювання БК. Поряд сяк БК доцільно моделювати з використанням хімічно індукованих моделей в зв'язку з їх доступністю і відносною простотою. Незважаючи на схожість досліджуваних патологій, при моделюванні БК присутні деякі особливості.

1. Модель з використанням 1-3% розчину ДСН, розчиненого в питній воді, що поглинається тваринами протягом 7 днів, може бути застосована не тільки для постановки ЯК, але і для БК з характерними клінічними проявами: кривава діарея, втрата ваги, морфологічними проявами: ерозії слизової оболонки , зменшення кількості крипт, присутність великої кількості лімфоцитів, нейтрофілів і макрофагів в підслизовій оболонці. Перевагою даної моделі є можливість продемонструвати поверхневі ушкодження в гострій, хронічній стадії і в стадії ремісії. Однак використання ДНС не дозволяє в повній мірі відтворити морфологічні ознаки (трансмуральне запалення і некроз в стінці кишечника) при БК. В цьому відношенні переважно використання ДНБС або ТНБС [17].
2. Використання ДНБС для моделювання БК передбачає ректальне введення 15-30 мг речовини, попередньо розчиненого в 50% етанолі через катетер довжиною 8 см. Перевагою є стрімке формування вже на третю добу після введення речовини ознак запалення, виразок переважно в дистальному відділі кишечника, що характерно для БК. Клінічні ознаки включають втрату ваги, криваву діарею, морфологічні ознаки - витончення кишкової стінки, виразка слизової оболонки, адгезія кишечника до прилеглих органам (сечовий міхур), інфільтрація лімфоцитами і нейтрофілами, зменшення кількості крипт, великий набряк в дистальної частини кишечника; імуногістохімічно виявляється підвищення активності мієлопероксидази в лейкоцитах, інфільтруючих стінку кишечника. Хоча для всіх моделей БК характерно явний прояв руйнувань кишкової стінки, Застосування ДНБС і ТНБС в порівнянні з іншими агентами більш точно відтворює морфологічну картину БК, що спостерігається у людини. Використання ДНБС в моделюванні БК економічно більш вигідно в порівнянні з ТНБС, що є важливою перевагою при виборі експериментальної моделі [17, 20]. В цілому, модель БК з використанням ТНБС відрізняється простотою і швидкістю проведення експерименту, може бути використана у різних видів тварин (щури, миші, свині, кролики). Застосування ДНБС дозволяє більш точно розрахувати масу поглиненої речовини, забезпечує менший розкид результатів експерименту, зменшує різнорідність результатів проведеного експерименту в порівнянні з використанням ДНС, а також економічно більш вигідно в порівнянні з ТНБС [23].
3. ТНБС при моделюванні БК вводиться ректально в дозі 10 або 30 мг речовини, розчиненого в 50% етанолі, через катетер, довжиною 8 см. Максимальний обсяг введеного розчину становить для половозрелой щури 1 мл. Протягом 24, 48, 72 годин після введення речовини спостерігалися такі клінічні ознаки, як втрата ваги, кривава діарея, зменшення апетиту [5]. Велика втрата ваги спостерігалася у тварин, яким було введено 30 мг речовини, ніж у тварин з введенням 10 мг [23]. При розтині тварин на 10 день експерименту були відзначені морфологічні ознаки БК: трансмуральне запалення з макрофагальной інфільтрацією, великими виразками по всій довжині сегмента, яка має контакт з речовиною (8 см), руйнування тканин; імуногістохімічні ознаки: збільшення експресії IL-6, IL-1, TNF-α.

Таким чином, найбільш оптимальним підходом для моделювання ЯК є ректальне введення 4% оцтової кислоти. Найбільш зручним і прийнятним підходом для моделювання БК є ректальне введення ДНБС.

бібліографічна ПОСИЛАННЯ

Осика М.В., Симонян Є.В., Бакеева А.Е., Костіна О.О. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ХВОРОБИ КРОНА І виразковий коліт // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2016. - № 4.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=25072 (дата звернення: 27.06.2019).

Пропонуємо вашій увазі журнали, что видають у видавництві «Академія природознавства»

(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)