Slidgigt hos heste

Projektleder: Professor Stine Jacobsen, stj@sund.ku.dk

Baggrund

Slidgigt (også kaldet osteoarthritis og artrose) er en særdeles hyppig årsag til ledsmerter hos mennesker og dyr. Lidelsen har været genstand for megen forskning, men dette har endnu ikke ført til signifikant forbedret diagnostik eller effektive behandlingsmetoder, og i dag ender tilstanden ofte med at hesten bliver permanent halt.

Formålet med dette projekt er gennem såkaldt –omics at foretage en omfattende karakterisering af de patologiske processer, der fører til nedbrydning af ledbrusken hos heste med slidgigt, og de processer, der regulerer denne nedbrydning. I projektet karakteriseres de intraartikulære nedbrydningsprocesser vha. proteomics (analyse af proteiner), degradomics (analyse af nedbrydningsprodukter) og metabolomics (analyse af stofskifteprodukter), og reguleringen af processerne gennem ekspression af microRNA.

Forskning med anvendelse af disse nye, avancerede laboratoriemetoder forventes at kunne føre til betydelige avancementer i forståelsen af, hvilke sygdomsprocesser, der fører til at leddet nedbrydes af slidgigt – og dermed til udvikling af ny medicin, der kan bremse disse sygdomsprocesser.

De laboratoriemetoder, der anvendes i projektet, er revolutionerende, idet de tillader, at man måler hundreder eller tusinder biomolekyler så som proteiner i en enkelt prøve. Herved kan sygdomsprocesserne i leddet karakteriseres tilbundsgående og sygdomsmarkører identificeres. Forbedret kendskab til sygdomsprocesser, især tidligt i sygdomsforløbet, forventes til at kunne føre til forbedret diagnostik af slidgigt og at danne baggrund for udvikling af nye behandlingsformer.

Projektet vil således give en bedre forståelse af sygdommen og bidrage til at identificere nye markører for ledsundhed og –sygdom, så slidgigt kan diagnosticeres før der udvikles irreversible forandringer i ledbrusken.

Perspektiver

Forbedrede metoder til tidlig diagnosticering og behandling af ledlidelser hos hest vil ikke alene have betydning for den enkelte hesteejer, der har en halt hest, men for branchen i bredeste forstand. Indenfor alle hestesportsgrene er halthed en særdeles væsentlig årsag til, at hesten må holde pause med sit arbejde, pensioneres eller ligefrem aflives, hvilket betyder reduceret velfærd og økonomiske tab for de hesteejere, der ikke kan anvende deres hest som forventet. De nuværende behandlingsmuligheder har en begrænset succesrate, idet en del heste med slidgigt forbliver halte trods ledbehandling. På kort sigt vil de metoder, der anvendes i studiet, give et særdeles signifikant boost af forskningen indenfor hestens ortopædi, herunder identificere en række biomolekyler, som fremover kan blive diagnostiske markører eller mål for nye behandlinger (eks. behandlinger, der dæmper afgørende nedbrydningsprocesser). På længere sigt vil den forbedrede forståelse af leddets respons i forbindelse med slidgigt danne baggrund for udvikling af nye hjælpemidler til tidlig diagnosticering og nye behandlingsmuligheder. Det er disse, der på den lange bane skal danne baggrund for at heste med slidgigt får en bedre prognose – altså at hestene kan opretholde fuld atletisk funktion og leve med god velfærd.

Fordi heste og menneskers ledanatomi, brusktykkelse, biomekanik og atletiske udfoldelse minder om hinanden, vil forståelse af de intraartikulære processer, der fører til slidgigt hos hest, vil også have betydning for mennesker. På den måde kommer hesten til at fungere som en spontan dyremodel for sygdommen hos mennesker.

Data

Projektets data er tilgængelige via de publicerede artikler og gennem:

 

Projektet har undersøgt forskellige aspekter af slidgigt hos hest i en multi-omics tilgang til sygdommen. Multi-omics er en forskningsmetode, hvor der foretages omfattende analyse af forskellige biologiske molekyler i en patientprøve (i dette projekt: ledvæske- og blodprøver) eller væv (i dette projekt: ledbrusk, ledkapsel, knoglevæv). I multi-omics studier undersøges gener (genomics), RNA (transcriptomics), proteiner (proteomics), stofskifteprodukter (metabolomics) og andre biomolekyler simultant med henblik på at få en holistisk og integreret forståelse for komplekse biologiske systemer.

Projektet har vist, at visse væv og celler, der ikke tidligere har været tilbundsgående undersøgt i kontekst af slidgigt, formentlig bidrager væsentligt til inflammation og andre intraartikulære sygdomsprocesser i leddet. Dette gælder f.eks. hvide blodlegemer, som trænger ind i leddet i forbindelse med en inflammatorisk ledlidelse. De hvide blodlegemer kan i sig selv udløse inflammation og dermed bidrage til en negativ spiral, men de udtrykker også under de rette forhold inflammationsdæmpende gener, som kan være med til at bremse sygdomsforløbet.

Nyere studier i mennesker har peget på, at det såkaldte subkondrale knoglevæv, dvs. den del af knoglen, der ligger lige under ledbrusken, spiller en vigtig rolle i progressionen af slidgigtsforandringer i leddet. Hvis dette knoglevæv fortættes og bliver stift, ændres ledbruskens biomekaniske egenskaber, hvilket bidrager til udvikling af slidgigt og giver smerter og halthed. Betydningen af subkondralt knoglevæv i slidgigt hos heste er meget underbelyst. I projektet udviklede vi en meget følsom metode (proteomics) til at analysere proteiner i både ledbrusk og subkondralt knoglevæv. Med denne metode kunne hhv. 1758 og 1482 forskellige proteiner kvantificeres i ledbrusken og det subkondrale knoglevæv. I igangværende undersøgelser vil forekomsten af disse proteiner blive kortlagt i væv fra raske led og led fra heste med slidgigt mhp. at identificere nye biomarkører for sygdommen, herunder biomarkører, som kan fortælle noget om, hvilket stadie (tidlig, sen, end-stage) sygdommen er i.

Gennem samarbejde med Liverpool Universitet fik vi mulighed for at kigge endnu mere detaljeret på leddets reaktion under udvikling af slidgigt. Resultaterne af disse studier kunne tyde på, at såkaldte extracellulære vesikler (EV) spiller en væsentlig rolle i udviklingen af slidgigt. EV er små dråber, der frigives fra celler. EV indeholder signalmolekyler, som cellerne bruger til at kommunikere med hinanden. Projektet har vist, at EV i ledvæske og blod fra heste med slidgigt indeholder sygdomsspecifikke proteiner og RNA stykker. I fremtiden kan studier af EV og deres last af signalmolekyler lede til at dyrlæger 1) får forbedret mulighed for at diagnosticere slidgigt, 2) kan stadie-inddele sygdommen mere præcist (hvilket igen giver forbedrede muligheder for at målrette behandlingen til den enkelte hest), og 3) får øget forståelse for sygdomsmekanismer i det slidgigtsramte led. En forbedret sygdomsforståelse vil i fremtiden danne baggrund for nye metoder til at forebygge og behandle slidgigt.

Samlet set har projektets resultater givet en 360 graders beskrivelse af sygdomsprocesserne i det slidgigtsramte led – en karakterisering af hidtil uset detaljeringsgrad. Disse resultater giver værdifuld information til fortsatte studier rettet mod identifikation af nye biomarkører og behandlinger af slidgigt hos hest.

Som en del af projektet er desuden udviklet metoder til at bedømme slidgigtsforandringer gennem ultralydsskanning af brusktykkelse og gennem systematisk og detaljeret patologisk vurdering af nedbrydning af ledbrusken. Disse metoder er offentliggjort i to frit tilgængelige videnskabelige artikler (se publikationer nedenfor). Metoderne er relevante for forskere og veterinære klinikere, der arbejder med ledlidelser hos hest.

 

 

Afhandling

Walters, ph.d. afhandling ” Elucidating aspects of the pathogenesis of equine arthritis - mRNA and miRNA expression in leukocytes and synovial fluid in two experimental models”, Københavns Universitet, oktober 2021 (kan rekvireres hos projektleder Stine Jacobsen)

Fagfællebedømte videnskabelige artikler

  • Anderson, J.R., Johnson, E., Jenkins, R., Jacobsen, S., Green, D., Walters, M., Bundgaard, L., Hausmans, B.A.C., van den Akker, G., Welting, T.J.M., Chabronova, A., Kharaz, Y.A., Clarke, E.J., James, V., Peffers, M.J. 2023. Multi-omic temporal landscape of plasma and synovial fluid-derived extracellular vesicles using an experimental model of equine osteoarthritis. Int. J. Mol. Sci. 24:14888. https://www.mdpi.com/1422-0067/24/19/14888
  • Anderson, J.R., Jacobsen, S., Walters, M., Bundgaard, L., Diendorfer, A., Hackl, M., Clarke, E., James, V., Peffers, M. 2022. Small non-coding RNA landscape of extracellular vesicles from a post-traumatic model of equine osteoarthritis. Front. Vet. Sci., 9:901269. 
  • Bundgaard , L., Åhrman, E., Malmström, J., auf dem Keller, U., Walters, M., Jacobsen, S. 2022. Effective protein extraction combined with data independent acquisition analysis reveals a comprehensive and quantifiable insight into the proteomes of articular cartilage and subchondral bone, Osteoarthr. Cart., 30(1):137-146, https://www.oarsijournal.com/article/S1063-4584(21)00909-2/fulltext
  • Andersen, C., Jacobsen, S., Walters, M., Lindegaard, C. 2022. A detailed macroscopic scoring system for experimental post-traumatic osteoarthritis in the equine middle carpal joint. BMC Res. Notes, 15:226. https://bmcresnotes.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13104-022-06116-x
  • Andersen, C., Griffin, J., Jacobsen, S., Østergaard, S., Walter, M., Mori, Y., Lindegaard, C. 2022. Validation of ultrasonography for measurement of cartilage thickness in the equine carpus. Vet. Radiol. Ultrasound, 63:478-489 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/vru.13085
  • Walters, M., Skovgaard, K., Andersen, P.H., Heegaard, P.M.H., Jacobsen, S. 2021. Dynamics of local gene regulations in synovial fluid leukocytes from horses with lipopolysaccharide-induced arthritis. Vet. Immunol. Immunopathol., 241:110325, 

Derudover er følgende videnskabelige artikler under udarbejdelse:

  • Walters, M., Skovgaard, K., Heegaard, P.M.H., Peffers, M.J.,   Fang, Y., Bundgaard, L., Skovgaard, L.T., Jensen, H.E., Andersen, P.H., Jacobsen, S. Identification and characterization of temporal expression of microRNAs in synovial fluid obtained from an experimental equine model of osteoarthritis. Forventes publiceret i 2024 (Equine Veterinary Journal)
  • Andersen, C., Walters, M., Bundgaard, L., Berg, L.C., Lundgren-Åkerlund, E., Henriksen, B.L., Skovgaard, K., Lindegaard, C., Jacobsen, S. Effect of intraarticular treatment with integrin a10b1-selected mesenchymal stem cells on microRNA expression in experimental post-traumatic osteoarthritis in horses. Forventes publiceret i 2024
  • Bundgaard, L., Årman, F., Åhrman, E., Walters, M., auf dem Keller, U., Malmström, J., Jacobsen, S. An equine protein atlas highlights synovial fluid proteome dynamics during experimentally LPS induced arthritis. Forventes publiceret i 2024 eller 2025 (Journal of Proteome Research)

Konferencepræsentationer

  • Regårdh, S., Jacobsen, S., Bundgaard, L., Walters, M., Anderson, J., Castanheira, C., Peffers, M.J. Synovial fluid snoRNAs metaanalysis in equine osteoarthritis. OARSI World Congress, April 6-10, 2022, Berlin, Germany. Publiceret i Osteoarthritis and Cartilage, 2022, 30(Suppl. 1), S351
  • Bundgaard, L., Malmström, J., Auf dem Keller, U., Walters, M., Jacobsen, S. A comprehensive explorative study of subchondral bone proteins in tissue from an equine osteoarthritis model using a quantitative mass spectrometry approach. OARSI World Congress, April 6-10, 2022, Berlin, Germany. Publiceret i Osteoarthritis and Cartilage, 2022, 30(Suppl. 1), S304-305
  • Bundgaard, L., Aahrman, E., Malmstroem, J., Auf dem Keller, U., Walters, M., Jacobsen, S. A comprehensive and quantifiable insight into the proteomes of articular cartilage and subchondral bone, OARSI Connect – Virtual World Congress on Osteoarthritis, April 28-May 1 2021, online. Publiceret i Osteoarthritis and Cartilage, 2021, 29(Suppl. 1): S125.
  • Walters, M., Skovgaard, K., Heegaard, P., Peffers, M., Fang, Y., Bundgaard, L., Skovgaard; L., Jacobsen, S. Changes in small non-coding RNA expression in synovial fluid during disease progression in an equine model of experimental osteoarthritis, OARSI Connect – Virtual World Congress on Osteoarthritis, April 28-May 1 2021, online. Publiceret i Osteoarthritis and Cartilage, 2021, 29(Suppl. 1): S155.
  • Anderson, J., Jacobsen, S., Walters, M., Bundgaard, L., Moussa, S., Pultar, M., James, V., Peffers, M. Small non-coding RNA cargo of synovial fluid and plasma extracellular vesicles from an in vivo model of equine osteoarthritis. British Society for Matrix Biology Spring Meeting, April 12-13, 2021, online. Publiceret i Int. J. Exp. Pathol. 102 (4-5): A7-A8.

 

Partnere

  • Ph.d.-studerende Marie Walters
  • Post doc Louise Bundgaard
  • Danmarks Tekniske Universitet (Prof. Ulrich auf dem Keller, seniorforsker Kerstin Skovgaard)
  • Lund Universitet (Prof. Johan Malmström)
  • Liverpool Universitet (Lektor Mandy Peffers)

Finansiering

  • Danmarks Frie Forskningsfond (4.200.000 kr.)
  • Hesteafgiftsfonden (264.000 kr.)
  • Gerda og Aage Haenschs Fond (325.000 kr.)

Udtagning af ledprøve på hest
I fremtiden vil biomarkører målt i ledvæskeprøver bidrage til at slidgigt diagnosticeres på et tidligt stadie i sygdomsprocessen. Dette vil betyde forbedret respons på behandling.