Animali da laboratorio
Negli animali da laboratorio in studi di tossicità si verificano abbastanza comunemente erosioni gastriche e ulcere nella mucosa ghiandolare. Le erosioni rappresentano rotture della mucosa superficiale alla muscularis mucosa (Figura 8.3). Le ulcere sono lesioni che si estendono attraverso la mucosa muscolare. Mentre le caratteristiche istopatologiche delle erosioni gastriche e delle ulcere sono di per sé relativamente aspecifiche, è importante cercare qualsiasi patologia associata nello stomaco come la deplezione del muco, l’iperplasia o displasia epiteliale, la metaplasia intestinale e le lesioni vascolari (vedi sotto).
Figura 8.3. Sezione dello stomaco ghiandolare di un ratto trattato con una dose elevata di un antagonista dell’angiotensina II che mostra degenerazione superficiale e ulcerazione (erosione) della mucosa (H&E ×200)
Anche se le condizioni infiammatorie dovute a microrganismi sono generalmente poco comuni nello stomaco, le scimmie possono mostrare una varietà di organismi a spirale nella mucosa gastrica, alcuni dei quali sono stati associati a gastrite linfocitica con intestinizzazione della mucosa o atrofia.8 La gastrite è riportata anche nelle scimmie da laboratorio in associazione con la presenza di organismi Helicobacter.258 Come nell’analoga condizione nell’uomo, lo stomaco degli animali affetti mostra l’infiltrazione della mucosa da parte di piccoli linfociti e plasmacellule, associati a cambiamenti reattivi o atrofici e alla presenza di piccoli batteri curvi nelle ghiandole, visti meglio con la colorazione Warthin-Starry. Sebbene l’Helicobacter pylori possa infettare altre specie, la maggior parte degli animali da laboratorio non sembra sviluppare la risposta infiammatoria vista nei primati.259 Un’eccezione sembra essere il gerbillo mongolo, che è considerato il modello di scelta nello studio di gastrite, ulcera gastrica e metaplasia in risposta all’infezione da Helicobacterpylori.260 Anche i topi C57BL e alcuni altri ceppi sembrano sviluppare alterazioni simili in risposta all’Helicobacter felis.261
L’ulcerazione gastrica indotta sperimentalmente dallo stress da freddo o da costrizione è un fenomeno particolarmente ben studiato nei roditori.262 Ci sono differenze nella sensibilità a questa forma di stress tra gli animali da laboratorio. Per esempio, i ratti Sprague-Dawley sembrano meno suscettibili agli effetti ulcerogeni dello stress da freddo rispetto ai ratti Wistar.262
C’è generalmente una buona correlazione della tossicità indotta dai farmaci nel tratto gastrointestinale negli animali da laboratorio e negli esseri umani anche se la previsione del potenziale ulcerogeno dei farmaci negli esseri umani basata su modelli animali è offuscata dalla mancanza di buoni dati comparativi nei pazienti.206 Ci sono ampie differenze nella segnalazione degli effetti collaterali e confronti adeguati richiedono non solo dosi terapeutiche equivalenti ma anche forme di dosaggio comparabili.148,263
Inoltre, può essere abbastanza difficile determinare se le lesioni infiammatorie nello stomaco degli animali trattati indicano un reale rischio ulcerogeno per il composto di prova. C’è poco che sia istologicamente specifico per l’ulcerazione indotta da farmaci della mucosa ghiandolare gastrica. Erosioni e ulcere si sviluppano in animali da laboratorio in seguito a stress, reflusso del contenuto intestinale e della bile, cambiamenti nella secrezione acida e ipossia, tutti elementi che possono svilupparsi nelle condizioni che si verificano negli studi di tossicità ad alte dosi. Il requisito di somministrare il composto di prova in dosi elevate può anche dettare la necessità di somministrare concentrazioni estremamente elevate di agente di prova, che può semplicemente danneggiare la mucosa come risultato di irritazione locale in un modo non pertinente alle dosi terapeutiche utilizzate nella pratica clinica. Per esempio è stato dimostrato che la somministrazione orale di soluzioni iperosmolari di sostanze abbastanza innocue come il glucosio o il cloruro di sodio può causare infiammazione gastrica, emorragia, erosioni e ulcere della mucosa gastrica del ratto.264,265 È stato inoltre dimostrato che soluzioni iperosmolari di cloruro di sodio inducono un aumento dell’espressione degli enzimi del citocromo P450 dei sottotipi CYP1A e CYP3A nelle cellule superficiali e foveolari della mucosa gastrica dei ratti, che potrebbero anche modificare l’espressione dell’attività xenobiotica.265 La ben nota associazione di erosioni ed emorragie gastriche con l’uremia può manifestarsi anche in seguito alla somministrazione di alte dosi di farmaci come i diuretici che alterano gravemente l’equilibrio di fluidi ed elettroliti.11 Anche la sinergia tra l’azione ulcerogena dei farmaci e lo stress è un fenomeno ben descritto.266,267 Anche la deplezione proteica e la fame sono in grado di indurre l’ulcerazione gastrica nei ratti.268
Negli animali da laboratorio sono stati descritti diversi modelli di danno gastrico indotto dai farmaci. Uno studio su diversi farmaci antinfiammatori somministrati a ratti Sprague-Dawley a digiuno in condizioni identiche, ha suggerito che i farmaci potrebbero essere divisi in tre gruppi in base ai loro profili di tossicità gastrointestinale.269 I farmaci immunologici e gli agenti antitumorali antiproliferativi come l’azatioprina, la ciclofosfamide, il metotrexato e la D-penicillamina hanno prodotto emorragia della mucosa gastrica, mentre l’aspirina e gli agenti correlati hanno prodotto emorragia della mucosa gastrica e ulcera. I potenti farmaci antinfiammatori non steroidei indometacina e fenilbutazone hanno prodotto erosione della mucosa gastrica e ulcere così come danni al piccolo intestino. Tuttavia, le nuove terapie mirate per il trattamento del cancro potrebbero non rientrare in queste semplici categorie. Per esempio, un inibitore della chinasi ciclina-dipendente che ha prodotto necrosi di singole cellule nell’intestino nei ratti trattati, ha anche prodotto danni cellulari (apoptosi) nelle ghiandole gastriche del fondo e nelle regioni piloriche, più marcatamente nelle zone basali e nelle regioni dell’istmo.270
Studi comparativi su singole dosi orali di diversi agenti antinfiammatori non steroidei a tre diversi livelli di dose nel ratto, utilizzando la valutazione istologica e la misurazione della perdita di sangue fecale con cellule ematiche marcate con 51 Cr, hanno anche dimostrato che diversi modelli di ulcerazione possono essere prodotti da diversi agenti quando somministrati in condizioni identiche.271 Singole dosi orali di alcuni farmaci antinfiammatori non steroidei, compresa l’aspirina, hanno prodotto danni superficiali diffusi e desquamazione dell’epitelio gastrico con poca o nessuna infiammazione a 6 ore dalla somministrazione, che sono completamente guariti 2 settimane dopo. Questo danno era associato a una transitoria perdita di sangue fecale. Al contrario, l’indometacina e l’ibuprofene hanno prodotto sia danni gastrici che ulcere circoscritte e penetranti lungo il confine mesenterico del digiuno e dell’ileo. Inoltre, le ulcere erano ancora presenti dopo 2 settimane ed erano associate a perdite di sangue prolungate o bifasiche. Anche i fattori farmacocinetici possono essere importanti. La solubilità dei lipidi nell’ambiente a basso pH dello stomaco può influenzare la penetrazione locale nella mucosa.272
Inoltre, le condizioni di alimentazione influenzano la distribuzione di erosioni e ulcere negli animali da laboratorio. Nei ratti a digiuno, le erosioni dovute al trattamento con indometacina si trovano nel corpo dello stomaco, mentre nei ratti alimentati in modo convenzionale sono più evidenti nell’intestino tenue. Uno studio dettagliato ha mostrato che i ratti nutriti per un’ora dopo un digiuno di 24 ore e a cui è stata somministrata una singola dose di indometacina entro 2 ore dalla rialimentazione hanno sviluppato erosioni e ulcere nell’antrum principalmente lungo la curvatura inferiore. L’indometacina somministrata a ratti a digiuno ha prodotto erosioni nella mucosa del corpo.273
Un ulteriore fattore che deve essere tenuto presente è che la somministrazione cronica di composti ulcerogeni può produrre aspetti patologici molto diversi da quelli riscontrati dopo la somministrazione di una singola dose. È stato dimostrato che la somministrazione di aspirina ai ratti per 4 settimane stimola la proliferazione epiteliale del corpo gastrico ma non della mucosa antrale, probabilmente per un effetto sull’adenosina 3′,5′ monofosfato ciclico (AMP ciclico) o attraverso l’aumento del tasso di esfoliazione epiteliale.274 Tale risposta può essere la base di una maggiore resistenza della mucosa gastrica agli effetti cronici di questi agenti. Può anche spiegare la tendenza delle ulcere a verificarsi nell’antrum in seguito alla somministrazione cronica di farmaci simili all’aspirina, poiché la risposta proliferativa e presumibilmente il potenziale adattativo appare meno in questa parte della mucosa gastrica.
Sono state riportate sia variazioni interspecie che differenze di ceppo nella risposta ai composti ulcerogeni. Uno stravaso di globuli rossi e un maggiore danno vascolare sono stati osservati nei ratti trattati con aspirina o benoxprofen rispetto ai maiali a cui sono state somministrate dosi simili.275
Vale anche la pena registrare che nei modelli di farmacologia animale, in particolare quelli che utilizzano il ratto, gli inibitori COX-2 sono generalmente apparsi meno ulcerogeni degli agenti antinfiammatori non steroidei convenzionali, in linea con i loro effetti riportati nei pazienti.276-280 Tuttavia, il semplice concetto che l’inibizione della COX-1 causa danni gastrointestinali e l’inibizione selettiva della COX-2 non è ulcerogena è stato offuscato da una serie di osservazioni sperimentali.281 Per esempio, l’inibizione della COX-2 ritarda la guarigione dell’ulcera gastrica attraverso l’interferenza con la proliferazione cellulare, l’angiogenesi e la maturazione del tessuto di granulazione.282 Inoltre, studi di tossicità ad alte dosi hanno rivelato che gli inibitori della COX-2 possono causare ulcerazione gastrointestinale. Per esempio, ratti, cani e topi hanno tutti sviluppato un’ulcerazione gastrica o pilorica quando sono stati trattati con l’inibitore COX-2 celecoxib, anche se l’intestino tenue distale sembra essere colpito più marcatamente.283 È interessante notare che è stato anche dimostrato tramite immunocitochimica che la distribuzione dell’espressione della COX-2 nelle cellule interstiziali (monociti, macrofagi, fibroblasti e cellule endoteliali) della lamina propria predomina nell’ileo distale, il che ha portato a suggerire che questo potrebbe essere un fattore della maggiore sensibilità dell’ileo rispetto allo stomaco agli effetti ulcerogeni dell’inibizione della COX-2.284
I diuretici e alcuni inibitori dell’enzima di conversione dell’angiotensina (ACE) e antagonisti dell’angiotensina II sono stati associati allo sviluppo di erosioni e ulcerazioni gastriche quando somministrati ad alte dosi ad animali da laboratorio (Figura 8.3).11,285 Tuttavia, questi effetti sembrano legati ai gravi disturbi elettrolitici prodotti da dosi eccessive di questi farmaci. Questo è forse analogo alla ben nota associazione di erosione ed emorragia del tratto gastrointestinale con l’uremia. I cani sembrano avere una particolare predisposizione a questo effetto. L’esame microscopico può mostrare che questa forma di ulcerazione è associata alla deposizione di sostanza basofila e minerale nei tessuti connettivi e nei vasi sanguigni della mucosa.286 Il danno vascolare che può verificarsi negli animali da laboratorio trattati con alte dosi di farmaci cardioattivi come gli inibitori della fosfodiesterasi può verificarsi anche nei vasi sanguigni intramucosi dello stomaco e il processo infiammatorio può riversarsi nella mucosa ghiandolare.”
L’infiltrazione dello stomaco da parte dei linfociti nei ratti trattati con interleuchina 2 ricombinante umana senza ulcerazione è stata riportata come parte di un coinvolgimento multisistemico indotto da questo agente.287