류마티스 관절염(RA)은 지속적인 활막염, 전신 염증, 뼈와 연골의 침식을 특징으로 하는 만성 염증성 관절 질환으로, 궁극적으로 관절 강직과 변형으로 이어질 수 있습니다. RA 동물 모델은 병인학 및 치료 방법을 연구하는 데 널리 사용됩니다. RA 병인학, 병인학, 영향 요인, 새로운 치료 표적 연구 및 새로운 치료법 평가를 연구하기 위해 다양한 동물 모델이 확립되었습니다.

RA 동물 모델은 크게 유도 모델과 형질전환 모델로 나눌 수 있습니다. 일반적인 유도 모델에는 콜라겐 유도 관절염(CIA)과 보조제 유도 관절염(AA)이 포함되고, 형질전환 마우스 모델에는 인간 TNF-α 형질전환 모델 등이 포함됩니다.

1940년대에 쥘스 프로인트가 발명한 프로인트 보조제는 항원 수용액과 오일제를 섞고 유화제를 첨가하여 만든 수중유 항원 에멀전입니다. 동물 실험에서 가장 흔히 사용되는 보조제입니다.

프로인트 보조제는 결핵균을 포함한 완전 프로인트 보조제(CFA)와 결핵균을 포함하지 않은 불완전 프로인트 보조제(IFA)로 나뉜다. 이들은 주로 마우스에서 콜라겐 유도 관절염(CIA)과 보조제 유도 관절염(AA) 모델을 유도하는 데 사용된다.

그림 1. 인간 류마티스 관절염

그림 2. 마우스 류마티스 관절염

1 콜라겐 유발 관절염(CIA) (참고용)

1.1 마우스 모델

CIA 모델은 가장 널리 사용되는 RA 마우스 모델 중 하나입니다. 이종 II형 콜라겐으로 동물을 면역시키면 관절 연골에서 II형 콜라겐에 대한 자가면역 반응을 유도할 수 있으며, 다발성 말초 관절염의 임상적 증상이 나타납니다.

모델 구축 방법: 소 II형 콜라겐(CII)을 4°C의 빙초산에 하룻밤 동안 녹인다. 그런 다음, 열에 의해 죽인 결핵균(BCG)을 액체 파라핀에 넣어 Complete Freund's Adjuvant(CFA)를 제조한다. 두 가지를 혼합하고 유화시켜 II형 콜라겐 에멀전을 제조한다. 이 에멀전을 마우스 꼬리 밑부분에 0.1-0.2mL로 피하 주사하여 염증을 유발한다. 초기 면역 후 21일째에 II형 콜라겐 에멀전 0.1-0.2mL의 부스터 주사를 복강 내로 투여한다. 첫 번째 면역 후 마우스는 약 1주일 이내에 치유되는 국소 염증 반응을 보인다. 보조제 후 마우스는 24일째부터 관절 부종이 나타나 뒷발에서 앞발로, 그다음 꼬리로 진행된다.

1.2 쥐 모델

모델 구축 방법: 소 II형 콜라겐(CII)을 불완전 프로인트 보조제(IFA)와 같은 양으로 혼합하여 유화시킨다. 첫날 쥐의 여러 부위에 피내 주사하고, 일주일 후에 복강 내로 부스트를 투여한다. 모델은 2차 면역 후 3-7일 이내에 얻는다. 감작 후 7일 후에 발목 관절이 약간 부어 오르고 빨갛게 변하며, 3주 후에 증상이 악화되어 피부 궤양이 생길 수 있다. 5-6주 후에는 병리학적 변화가 더욱 악화되어 관절 연골과 연골하골이 판누스에 의해 침식되고 파괴된다.

2 보조제 유발 관절염(AA)(참고용)

AA 모델은 가장 널리 사용되는 쥐 RA 모델로, 불완전 프로인트 보조제(IFA)와 완전 프로인트 보조제(CFA)의 두 가지 유형이 있습니다.

모델 구축 방법: 쥐에게 피내 주사하여 염증을 유도합니다. 모델은 일반적으로 유도 후 10~20일 동안 지속적인 염증 증상을 보이며, 약 20일경에 최고조에 이릅니다. 염증은 주로 발목 관절에 발생하며, 발바닥과 발 전체에 영향을 미칠 수 있습니다. 관절 부기 증상은 임상적 RA 환자의 증상과 유사하지만 면역 기능 장애 현상이 발생할 수 있습니다.

3 콜라겐 유도 관절염(CIA) 모델링 단계(참조용)

• 소 2형 콜라겐(CII)을 빙초산 용액에 2 mg/mL 농도로 용해하고 4°C에서 하룻밤 보관합니다.
• 불완전 프로인트 보조제는 열사멸된 결핵균을 2-5mg/mL 농도로 보충합니다. Yisheng Biology에서 제공하는 60718ES 완전 프로인트 보조제의 결핵균 농도는 10mg/mL 미만입니다.
• 소 II형 콜라겐 아세트산 용액을 완전 프로인트 보조제와 동일한 양으로 혼합하여 유화시킵니다.
• 실험용 쥐 한 마리당 등에 피하 주사를 4~6회, 총 0.1~0.2mL씩 투여합니다.
• 3주 후, 불완전 프로인트 보조제를 동일한 부피로 소 II형 콜라겐 아세트산 용액과 혼합하여 유화시키고, 각 마우스의 꼬리 아랫부분에 총 0.1-0.2mL씩 3-5회 피하 주사합니다.

4 보조제 유발 관절염(AA) 모델링 단계(참조용)

• 실험군과 대조군의 설정을 기록하고 관련 시약을 준비합니다.
• 관찰 및 기록: 일반적으로 80% 이상의 마우스가 2차 면역 후 7~12일 후에 관절염 증상을 보입니다. 임상 증상은 마우스 관절의 발적과 활성도에 따라 등급이 매겨지며, 관찰 결과는 실험 전과 실험 후 3일, 5일, 7일, 12일에 기록되며 등급 기준은 다음과 같습니다.

표 1 채점 기준

S 코어	증상​
0	활동은 정상적이었고 홍반이나 부기의 징후도 없었습니다.
1	피부 발적만 있을 뿐 심각한 부기는 없었고 활동은 정상적이었습니다.
2	활동에 약간의 영향이 있고, 발톱, 발바닥, 무릎 관절이 붉어집니다.
3	활동에 영향을 미쳐, 발, 발가락, 관절이 약간 변형되고 부어올랐습니다.
4	움직임이 차단되고, 발가락과 관절이 심하게 붉어지고 부어 오르거나, 뻣뻣하거나 변형됩니다.

• 마우스 측정: 마우스 발 볼륨 미터를 사용하여 실험 전후 마우스 뒷다리의 관절 볼륨을 측정합니다. 각 마우스 뒷다리의 무릎 관절 아래 약 5mm의 볼륨을 3회 측정하여 평균값을 기록하며, 볼륨은 관절의 발적 및 부기의 정도에 비례합니다. 검출은 3일마다 수행합니다.
• 병리학적 검사: 실험군과 대조군에서 쥐를 꺼내 피부를 제거하고 4% 포름알데히드로 48시간 이상 고정하고 5% 질산으로 2시간 동안 탈회하고 크실렌에 담근 후 파라핀에 포매합니다. 6mm 절편을 만들고 HE로 염색한 다음 통상적인 광학 현미경으로 관찰하여 병리학적 진단을 위한 채점 기준을 설정합니다.

5 실험 사례 이미지(문헌에서 발췌)