Some specific features of the anatomy of the hepatobiliary system and the composition of bile in laboratory animals

Review
УДК 615.076.9
DOI: 10.57034/2618723X-2023-03-08

K.T. Sultanova*,
PhD, Head of the Department of Experimental Pharmacology and Toxicology,
https://orcid.org/0000-0002-9846-8335
M.V. Miroshnikov,
PhD, Head of Laboratory Diagnostics Department,
https://orcid.org/0000-0002-9828-3242
K.L. Kryshen,
PhD, Head of the Department of Specific Toxicology and Microbiology,
https://orcid.org/0000-0003-1451-7716

Research and manufacturing company “Home оf Pharmacy”,
188663, Russia, Leningrad oblast, Vsevolozhskiy district, Kuzmolovskiy t.s., Zavodskaya st. 3–245.

* E-mail: [email protected]

Keywords: bile laboratory animals in vivo model mice rats guinea pigs rabbits
Acknowledgements

The study was performed without external funding.

For citation:

Sultanova K.T., Miroshnikov M.V., Kryshen K.L. Some specific features of the anatomy of the hepatobiliary system and the composition of bile in laboratory animals. Laboratory Animals for Science. 2023; 3. https://doi.org/10.57034/2618723X-2023-03-08

Abstract

Bile acids are important signaling molecules involved in the regulation of lipid and glucose metabolism, maintenance of metabolic and energy homeostasis. Mice, rats, guinea pigs and rabbits are used as model organisms in pharmacodynamic studies. This is due to the availability of these animals, economic benefits and anatomical features of the hepatobiliary system. Notable differences in bile acid composition between laboratory animals and humans can play an important role and can reduce the translational value of data obtained using a particular test system. The choice of a particular animal species for pharmacodynamic studies of potential therapeutic agents should be based on several factors, which may include anatomo-physiological similarity of the hepatobiliary system and biochemical features of bile. It is these factors that are fundamental in the study of new pharmacologic agents and interpretation of the data obtained.

The aim of the review is to compare some species-specific anatomo-physiological features of the hepatobiliary system, as well as to highlight the main aspects of bile production and bile acid metabolism in the most commonly used laboratory animals (mice, rats, guinea pigs and rabbits) both among themselves and with those in humans. Mice and rats are fairly common test systems, but the presence of muricholic acids limits their translatability. In addition, the small body size of mice can cause difficulties in the operative manipulations associated with the bile sampling procedure. The use of rats in contrast to mice does not cause such difficulties, but they lack a gallbladder, which accounts for the anatomical difference with the human hepatobiliary system. The rabbit has an optimal body size and anatomical similarity of the biliary system to that of humans, but the quantitative predominance of biliverdin and deoxycholic acid is a factor in the differences from humans. The guinea pig also has an optimal body size and anatomical similarity to the human hepatobiliary system, a high rate of choleresis and a generally similar bile acid composition, and a sufficient number of experimental model pathologies have been developed for it. The described qualities of laboratory animals, comparability or differences from those in humans indicate the need for a reasonable choice of a relevant test system taking into account the peculiarities of each of them.

Conflict of interest

The authors declare no conflict of interest.

Authors contribution

K.T. Sultanova — analysis of scientific and methodological literature, writing and editing the text of the manuscript, summarizing the results of the study.
M.V. Miroshnikov — аnalysis of scientific literature and guidelines, scientific editing of the text of the manuscript.
K.L. Kryshen — elaboration of the study idea and justification of its relevance, editing of the text.

References

  1. Boyer J.L. Bile formation and secretion // Comprehensive physiology. 2013. Vol. 3. N. 3. P. 1035. DOI: 10.1002/cphy.c120027.
  2. Hundt M., Basit H., John S. Physiology, bile secretion, 2017.
  3. Zollner G., Trauner M. Mechanisms of cholestasis // Clinics in liver disease. 2008. Vol. 12. N. 1. P. 1–26. DOI: 10.1016/j.cld.2007.11.010.
  4. Esteller A. Physiology of bile secretion // World journal of gastroenterology: WJG. 2008. Vol. 14. N. 37. P. 5641. DOI: 10.3748/wjg.14.5641.
  5. Thakare R., Alamoudi J.A., Gautam N. et al. Species differences in bile acids I. Plasma and urine bile acid composition // Journal of applied toxicology. 2018. Vol. 38. N. 10. P. 1323–1335. DOI: 10.1002/jat.3644.
  6. Kruepunga N., Hakvoort T.B., Hikspoors J.P. et al. Ana­tomy of rodent and human livers: What are the diffe­rences? // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Molecular Basis of Disease. 2019. Vol. 1865. N. 5. P. 869–878. DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.05.019.
  7. Мирошников М.В., Макарова М.Н. Вариабельность биохимических показателей крови и установление референсных интервалов в доклинических исследованиях. Сообщение 4: мыши // Лабораторные животные для научных исследований. 2021. № 3. С. 64–70. [Miroshnikov M.V., Makarova M.N. Variabel’nost’ biohimicheskih pokazatelej krovi i ustanovlenie referensnyh intervalov v doklinicheskih issledovaniyah. Soobshchenie 4: myshi // Laboratornye zhivotnye dlya nauchnyh issledovanij. 2021. N. 3. P. 64–70. (In Russ.)]. DOI: 10.29296/2618723X-2021-03-08.
  8. Honda A., Miyazaki T., Iwamoto J. et al. Regulation of bile acid metabolism in mouse models with hydrophobic bile acid composition // Journal of lipid research. 2020. Vol. 61. N. 1. P. 54–69. DOI: 10.1194/jlr.RA119000395.
  9. Higashiyama H., Uemura M., Igarashi H. et al. Anatomy and development of the extrahepatic biliary system in mouse and rat: a perspective on the evolutionary loss of the gallbladder // Journal of anatomy. 2018. Vol. 232. N. 1. P. 134–145. DOI: 10.1111/joa.12707.
  10. Li J., Dawson P.A. Animal models to study bile acid metabolism // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Molecular Basis of Disease. 2019. Vol. 1865. N. 5. P. 895–911. DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.05.011.
  11. Евсютина Ю.В., Ивашкин В.Т. Метаболизм желчных кислот, заболевания печени и микробиом // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2018. Т. 28. № 2. С. 4–10. [Evsyutina YU.V., Ivashkin V.T. Metabolizm zhelchnyh kislot, zabolevaniya pecheni i mikrobiom // Rossijskij zhurnal gastroenterologii, gepatologii, koloproktologii. 2018. Vol. 28. N. 2. P. 4–10. (In Russ.)]. DOI: 10.22416/1382-4376-2018-28-2-4-10.
  12. Thakare R., Alamoudi J.A., Gautam N. et al. Species differences in bile acids II. Bile acid metabolism // Journal of applied toxicology. 2018. Vol. 38. N. 10. P. 1336–1352. DOI: 10.1002/jat.3645.
  13. Kwon Y. Handbook of essential pharmacokinetics, pharmacodynamics and drug metabolism for industrial scientists. Springer Science & Business Media, 2001.
  14. Wahlström A., Al-Dury S., Stahlman M. et al. CYP3A11 is not essential for the formation of murine bile acids // Biochemistry and biophysics reports. 2017. N. 10. P. 70–75. DOI: 10.1016/j.bbrep.2017.02.011.
  15. Rudling M. Understanding mouse bile acid formation: Is it time to unwind why mice and rats make unique bile acids? // Journal of Lipid Research. 2016. Vol. 57. N. 12. P. 2097–2098. DOI: 10.1194/jlr.C072876.
  16. Alnouti Y., Csanaky I.L., Klaassen C.D. Quantitative-profiling of bile acids and their conjugates in mouse liver, bile, plasma, and urine using LC-MS/MS // Journal of Chromatography B. 2008. Vol. 873. N. 2. P. 209–217. DOI: 10.1016/j.jchromb.2008.08.018.
  17. Straniero S., Laskar A., Savva C. et al. Of mice and men: murine bile acids explain species differences in the re­gulation of bile acid and cholesterol metabolism [S] // Journal of lipid research. 2020. Vol. 61. N. 4. P. 480–491. DOI: 10.1194/jlr.RA119000307.
  18. Мирошников М.В., Султанова К.Т., Макарова М.Н. и др. Вариабельность биохимических показателей крови и установление референсных интервалов в доклинических исследованиях. Сообщение 7: морские свинки // Лабораторные животные для научных исследований. 2022. № 3. С. 4–15. [Miroshnikov M.V., Sultanova K.T., Makarova M.N. i dr. Variabel’nost’ biohimicheskih pokazatelej krovi i ustanovlenie referensnyh intervalov v doklinicheskih issledovaniyah. Soobshchenie 7: morskie svinki // Laboratornye zhivotnye dlya nauchnyh issledovanij. 2022. N. 3. P. 4–15. (In Russ.)]. DOI: 10.57034/2618723X-2022-03-01.
  19. Rajathi S., Ramesh G., Kannan T.A. et al. Morphology of the gall bladder and extrahepatic ducts in the postnatal ages of guinea pig // Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci. 2020. Vol. 9. N. 6. P. 1110–1116. DOI: 10.20546/ijcmas.2020.906.137.
  20. Tint G.S., Xu G.R., Batta A.K. et al. Ursodeoxycholic acid, chenodeoxycholic acid, and 7-ketolithocholic acid are primary bile acids of the guinea pig // Journal of Li­pid Research. 1990. Vol. 31. N. 7. P. 1301–1306.
  21. Paramo M., Garcia-Barquin P., Santa Maria E. et al. Eva­luation of the rabbit liver by direct portography and contrast-enhanced computed tomography: anatomical va­riations of the portal system and hepatic volume quantification // European radiology experimental. 2017. Vol. 1. N. 1. P. 1–7. DOI: 10.1186/s41747-017-0011-8.
  22. Stan F.G. Comparative Study of the Liver Anatomy in the Rat, Rabbit, Guinea Pig and Chinchilla // Bulletin of the University of Agricultural Sciences & Veterinary Medicine Cluj-Napoca. Veterinary Medicine. 2018. Vol. 75. N. 1. DOI: 10.15835/buasvmcn-vm:002717.
  23. Hagey L.R., Schteingart C.D., Rossi S.S. et al. An N-acyl glycyltaurine conjugate of deoxycholic acid in the biliary bile acids of the rabbit // Journal of lipid research. 1998. Vol. 39. N. 11. P. 2119–2124. DOI: 10.1016/S0022-2275(20)32466-4.
  24. Subbiah M.T.R., Marai L., Dinh D.M. et al. Sterol and bile acid metabolism during development. 1. Studies on the gallbladder and intestinal bile acids of newborn and fetal rabbit // Steroids. 1977. Vol. 29. N. 1. P. 83–92. DOI: 10.1016/0039-128x(77)90111-8.
  25. Melillo A. Rabbit clinical pathology // Journal of exo­tic pet medicine. 2007. Vol. 16. N. 3. P. 135–145. DOI: 10.1053/j.jepm.2007.06.002.
Received: 2023-05-15
Reviewed: 2023-06-05
Accepted for publication: 2023-07-27

You may be interested

NPO "Home of Pharmacy"

188663, Russia, Leningradskaya oblast', Vsevolozhskij rajon, g.p. Kuz'molovskij, Zavodskaya ulica, 3-245

© 2020 ООО «ИД «Русский врач»