Dogs in preclinical research

Review
УДК 615.076.9
DOI: 10.57034/2618723X-2023-04-01

M.N. Makarova*,
MD, Director,
https://orcid.org/0000-0003-3176-6386
V.G. Makarov,
MD, Scientific director,
https://orcid.org/0000-0002-2447-7888

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: dog Beagle preclinical studies toxicity
Acknowledgements

The study was performed without external funding.

For citation:

Makarova M.N., Makarov V.G. Dogs in preclinical research. Laboratory Animals for Science. 2023; 4. https://doi.org/2618723X-2023-04-01

Abstract

According to local and international regulatory documents, in addition to rodent second non-rodent species are required to provide sufficient toxicological data. The most commonly the Beagle dog is used as the second non-rodent species. The wide use of Beagle dogs has become possible due to a number of advantages of this breed: medium size, balanced temperament, friendliness, relative ease of handling. Recently, the use of dogs in preclinical studies has been declining for humanitarian reasons. If there is no alternative to the use of dogs, every effort must be made to implement the principles of the 3Rs in experimental practice. Reducing the number of animals in the experiment can be achieved through the use of combined experimental designs, when additional parameters (safety pharmacology, immunotoxicity, reproductive toxi­city, pharmacokinetic) are included in the main toxicological study. Long-term toxicity studies (9 months) are required for drugs with planned long-term clinical use, while shorter studies (3 months, 6 months) may be needed to support the first phases of clinical studies. Instead of conducting several toxicity studies, one long-term study may be considered, without interim euthanasia (3 or 6 months of drug administration), but at these points the biomarkers are evaluated, the range of which is similar to those evaluated in clinical studies. During the long-term use of Beagles in biomedical research, data on the physiology, biochemistry, and morphology of this breed have been accumulated. The use of the available literature data as well as the available laboratory historical data also makes it possible to reduce the number of animals in the experiment, for example by reducing the number of animals in the control groups and in the recovery groups. Preliminary analysis of the available scientific data on the test compound or on analogous compounds may lead to the reduction of animals in the experiment without compromising the clinical safety. In addition, due to the scientifically based approach and careful design of the experiment, euthanasia of all animals in the experiment can be avoided. Laboratory dogs are often rehomed nowadays into private households after their use in research.

Conflict of interest

V.G. Makarov is the Editor-in-Chief of Laboratory animals for science. M.N. Makarova is a member of the editorial board of Laboratory animals for science.

Authors contribution

M.N. Makarova — search and consolidation of literature data, writing and editing of the text of the manuscript.
V.G. Makarov — critical review and approval of the final version of the manuscript for publication.

  1. Решение Совета ЕЭК от 03.11.16 № 78 О правилах регистрации и экспертизы лекарственных средств. [Reshenie Soveta EE’K ot 03.11.16 N. 78 O pravilax registracii i e’kspertizy’ lekarstvenny’x sredstv. (In Russ.)].
  2. Решение Коллегии ЕЭК от 26.11.19 № 202 Об утверждении Руководства по доклиническим исследованиям безопасности в целях проведения клинических исследований и регистрации лекарственных препаратов. [Reshenie Kollegii EE’K ot 26.11.19 N. 202 Ob utverzhdenii Rukovodstva po doklinicheskim issledovaniyam bezopasnosti v celyax provedeniya klinicheskix issledovanij i registracii lekarstvenny’x preparatov. (In Russ.)].
  3. Там же.
  4. ГОСТ Р 56700–2015 Лекарственные средства для медицинского применения. Доклинические фармакологические исследования безопасности. [GOST R 56700–2015 Lekarstvenny’e sredstva dlya medicinskogo primeneniya. Doklinicheskie farmakologicheskie issledovaniya bezopasnosti. (In Russ.)].
  5. ICH S7A Safety Pharmacology studies for human pharmaceuticals.
  6. ISH S7B The non-clinical evaluation of the potential for delayed ventricular repolarization (QT interval prolongation) by human pharmaceuticals.
  7. ГОСТ Р 57146–2016 Лекарственные средства для медицинского применения. Изучение канцерогенности лекарственных средств и вспомогательных веществ. [GOST R 57146–2016 Lekarstvenny’e sredstva dlya medicinskogo primeneniya. Izuchenie kancerogennosti lekarstvenny’x sredstv i vspomogatel’ny’x veshhestv. (In Russ.)].
  8. ICH S1A Guideline on the need for carcinogenicity studies of pharmaceuticals.
  9. Решение Коллегии ЕЭК от 26.11.19 № 202 Об утверждении Руководства по доклиническим исследованиям безопасности в целях проведения клинических исследований и регистрации лекарственных препаратов. [Reshenie Kollegii EE’K ot 26.11.19 N. 202 Ob utverzhdenii Rukovodstva po doklinicheskim issledovaniyam bezopasnosti v celyax provedeniya klinicheskix issledovanij i registracii lekarstvenny’x preparatov. (In Russ.)].
  10. Там же.
  11. OECD G UIDELINE FOR THE TESTING OF CHEMICALS 409 Repeated Dose 90-day Oral Toxicity Study in Non-Rodents.
  12. Рекомендация Коллегии ЕЭК № 10 от 21 мая 2020 г. О руководстве по проведению доклинических исследований токсичности при повторном (многократном) введении действующих веществ лекарственных препаратов для медицинского применения. [Rekomendaciya Kollegii EE’K N. 10 ot 21 maya 2020 g. O rukovodstve po provedeniyu doklinicheskix issledovanij toksichnosti pri povtornom (mnogokratnom) vvedenii dejstvuyushhix veshhestv lekarstvenny’x preparatov dlya medicinskogo primeneniya. (In Russ.)].
  13. ICH S8 Immunotoxicity studies for human pharmaceuticals.

References

  1. Gad S.C. (ed.). Animal models in toxicology. CRC Press, 2007. 933 р.
  2. Schulte E., Arlt S.P. What Kinds of Dogs Are Used in Clinical and Experimental Research? // Animals (Basel). 2022. Vol. 12. N. 12. P. 1487. DOI: 10.3390/ani12121487.
  3. Hytönen M.K., Lohi H. Canine models of human rare di­sorders // Rare Dis. 2016. Vol. 28. N. 4 (1). P. e1241362. DOI: 10.1080/21675511.2016.1241362.
  4. Ending the Use of Dogs in Research (humanesociety.org). URL: https://www.humanesociety.org/sites/default/files/docs/Ending%20the%20Use%20of%20Dogs%20in%20Research_1.pdf. (Дата обращения: 04.2023).
  5. Bailey J., Thew M., Balls M. An analysis of the use of dogs in predicting human toxicology and drug safety // Altern. Lab. Anim. 2013. Vol. 41. N. 5. P. 335–350. DOI: 10.1177/026119291304100504.
  6. Correard S., Plassais J., Lagoutte L. et al. Canine neuropa­thies: powerful spontaneous models for human hereditary sensory neuropathies // Hum. Genet. 2019. Vol. 138. N. 5. P. 455–466. DOI: 10.1007/s00439-019-02003-x.
  7. Nghiem P.P., Kornegay J.N. Gene therapies in canine models for Duchenne muscular dystrophy // Hum. Ge­net. 2019. Vol. 138. N. 5. P. 483–489. DOI: 10.1007/s00439-019-01976-z.
  8. Chen Z.Y., Zhang Y. Animal models of Alzheimer’s disease: Applications, evaluation, and perspectives // Zool Res. 2022. Vol. 43. N. 6. P. 1026–1040. DOI: 10.24272/j.issn.2095-8137.2022.289.
  9. Head E. A canine model of human aging and Alzheimer’s disease // Biochim Biophys. Acta. 2013. Vol. 1832. N. 9. P. 1384–1389. DOI: 10.1016/j.bbadis.2013.03.016.
  10. Ruple A., MacLean E., Snyder-Mackler N. et al. Dog Mo­dels of Aging // Annu Rev. Anim. Biosci. 2022. Vol. 15. N. 10. P. 419–439. DOI: 10.1146/annurev-animal-051021-080937.
  11. Beck J., Ren L., Huang S., Berger E. et al. Canine and murine models of osteosarcoma // Vet. Pathol. 2022. Vol. 59. N. 3. P. 399–414. DOI: 10.1177/03009858221083038.
  12. Prouteau A., André C. Canine Melanomas as Models for Human Melanomas: Clinical, Histological, and Genetic Comparison // Genes (Basel). 2019. Vol. 10. N. 7. P. 501. DOI: 10.3390/genes10070501.
  13. Finco D.R., Brown S.A., Brown C.A. et al. Progression of chronic renal disease in the dog // J. Vet. Intern. Med. 1999. Vol. 13. N. 6. P. 516–528. DOI: 10.1892/0891-6640(1999)013<0516:pocrdi>2.3.co;2.
  14. Atchaneeyasakul K., Guada L., Ramdas K. et al. Large animal canine endovascular ischemic stroke models: A review // Brain Res. Bull. 2016. Vol. 127. P. 134–140. DOI: 10.1016/j.brainresbull.2016.07.006.
  15. Sebbag L., Mochel J.P. An eye on the dog as the scientist’s best friend for translational research in ophthalmology: Focus on the ocular surface // Med. Res. Rev. 2020. Vol. 40. N. 6. P. 2566–2604. DOI: 10.1002/med.21716.
  16. Irwin S. Comprehensive observational assessment: Ia. A systematic, quantitative procedure for assessing the behavioral and physiologic state of the mouse // Psychopharmacologia. 1968. Vol. 13. N. 3. P. 222–257. DOI: 10.1007/BF00401402.
  17. Mathiasen J.R., Moser V.C. The Irwin Test and Functio­nal Observational Battery (FOB) for Assessing the Effects of Compounds on Behavior, Physiology, and Safety Pharmacology in Rodents // Curr. Protoc. Pharmacol. 2018. Vol. 83. N. 1. P. e43. DOI: 10.1002/cpph.43.
  18. Макарова М.Н., Макаров В.Г., Шекунова Е.В. Методические подходы к оценке нейротоксичности фармакологических веществ. Ведомости научного центра экспертизы средств медицинского применения // 2017. Т. 7. № 2. С. 111–116. [Makarova M.N., Makarov V.G., Shekunova E.V. Metodicheskie podhody k ocenke neirotosichnosti farmakologicheskih ve­shestv // Vedomosti Nauchnogo tsentra ekspertizy sredstv meditsinskogo primeneniya. 2017. Vol. 7. N. 2. P. 111–116. (In Russ.)].
  19. Dennis S.G., Wotton P. R., Bоswood A., Flaherty D. Comparison of the effects of thiopentone and propofol on the electrocardiogram of dogs // The Veterinary Record. 2007 URL: http://veterinaryrecord.bmj.com/. (Дата обращения: 04.2023). DOI: 10.1136/vr.160.20.681.
  20. Луговик И.А., Шекунова Е.В. Оценка использования различных формул коррекции интервала QT (QTc) и референтные интервалы ЭКГ у наркотизированных собак породы бигль // Лабораторные животные для научных исследований. 2022. № 2. [Lugovik I.A., Shekunova E.V. Ocenka ispolzovaniya razlichnyh formul korrekcii intervala QT (QTc) i referentnye intervali ECG u narkotizirovannih sobak porody bigl // Laboratornye zhivotnye dlya nauchnyh issledovanij. 2022. N. 2. DOI: 10.29296/2618723X-2022-02-04 (In Russ.)].
  21. Agudelo C.F., Scheer P., Tomenendalova J. How to approach the QT interval in dogs — state of the heart: a review // Veterinarni Medicina. 2011. Vol. 56. N. 1. P. 14–21.
  22. Authier S., Legaspi M., Gauvin D. et al. Validation of respiratory safety pharmacology models: conscious and anesthetized beagle dogs // J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 2008. Vol. 57. N. 1. P. 52–60. DOI: 10.1016/j.vascn.2007.08.001.
  23. Tibbitts J. Issues related to the use of canines in toxicologic pathology-issues with pharmacokinetics and metabolism // Toxicol. Pathol. 2003. Vol. 31. Suppl. 17–24. DOI: 10.1080/01926230390174896.
  24. Chiou W.L., Jeong H.Y., Chung S.M., Wu T.C. Evaluation of using dog as an animal model to study the fraction of oral dose absorbed of 43 drugs in humans // Pharm. Res. 2000. Vol. 17. P. 135–140.
  25. Hasiwa N., Bailey J., Clausing P. et al. Critical evaluation of the use of dogs in biomedical research and testing in Europe // ALTEX. 2011. Vol. 28. N. 4. P. 326–340. DOI: 10.14573/altex.2011.4.326.
  26. Olson H., Betton G., Robinson D. et al. Concordance of the toxicity of pharmaceuticals in humans and in ani­mals // Regul Toxicol Pharmacol. 2000. Vol. 32. N. 1. P. 56–67. DOI: 10.1006/rtph.2000.1399.
  27. Broadhead C.L., Betton G., Combes R. et al. Prospects for reducing and refining the use of dogs in the regulatory toxicity testing of pharmaceuticals // Hum. Exp. Toxicol. 2000. Vol. 19. N. 8. P. 440–447. DOI: 10.1191/096032700682694242.
  28. Bower N., Achanzar W.E., Boulifard V. et al. The Dog as a Second Species for Toxicology Testing Provides Value to Drug Development // Int. J. Toxicol. 2022. Vol. 41. N. 6. P. 431–441. DOI: 10.1177/10915818221125670.
  29. Рыбакова А.В., Макарова М.Н., Кухаренко А.Е. и др. Существующие требования и подходы к дозированию лекарственных средств лабораторным животным // Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. 2018. Т. 8. № 4. С. 207–217. [Rybakova A.V, Makarova M.N., Kukharen­ko A.E. i dr. Sushestvuyushie trebovaniya i podhody k dosirovaniyu lekarstvennih sredstv laboratornym zhivotnim // Vedomosti Nauchnogo tsentra ekspertizy sredstv meditsinskogo primeneniya. 2018. Vol. 8. N. 4. P. 207–217. (In Russ.)]. DOI: 10.30895/1991-2919-2018-8-4-207-217.
  30. Acceptable Volumes for Drug Administration UCDAVIS. Office of research. URL: https://research.ucdavis.edu/policiescompliance/animal-care-use/iacuc/acceptable-volumes-for-drug-administration/. (Дата обращения: 04.2023).
  31. Substance Administration — Recommended Volumes (Informational Sheet) URL: https://animal.research.uiowa.edu/oar-informational-sheet-recommended-volumes-administered-substances. (Дата обращения: 04.2023).
  32. Washington State University Institutional Animal Care and Use Committee Guideline 10: Drug and Chemi­cal Administration. URL: https://iacuc.wsu.edu/documents/2018/09/guidelines-for-drug-and-chemical-administration.pdf. (Дата обращения: 04.2023).
  33. Morton D.B., Jennings M., Buckwell A. et al. Joint Working Group on Refinement. Refining procedures for the administration of substances. Report of the BVAAWF/FRAME/RSPCA/UFAW Joint Working Group on Refinement. British Veterinary Association Animal Welfare Foundation/Fund for the Replacement of Animals in Medical Experiments/Royal Society for the Prevention of Cruelty to Animals/Universities Federation for Animal Welfare // Lab. Anim. 2001. Vol. 35. N. 1. P. 1–41. DOI: 10.1258/0023677011911345.
  34. Turner P.V., Brabb T., Pekow C., Vasbinder M.A. Admini­stration of substances to laboratory animals: routes of administration and factors to consider // J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 2011. Vol. 50. N. 5. P. 600–613.
  35. Kuiper B., Boevé M.H., Jansen T. et al. Ophthalmologic examination in systemic toxicity studies: an overview // Lab. Anim. 1997. Vol. 31. N. 2. P. 177–183. DOI: 10.1258/002367797780600206.
  36. Sebbag L., Mochel J.P. An eye on the dog as the scientist’s best friend for translational research in ophthalmo­logy: Focus on the ocular surface // Med. Res. Rev. 2020. Vol. 40. N. 6. P. 2566–2604. DOI: 10.1002/med.21716.
  37. Yadav S.N., Ahmed N., Nath A.J. et al. Urinalysis in dog and cat: A review. Vet World. 2020. Vol. 13. N. 10. P. 2133–2141. DOI: 10.14202/vetworld.2020.2133-2141.
  38. Williams J. Surgical Biopsy Techniques. World Small Animal Veterinary Association World Congress Proceedings. 2014. URL: https://www.vin.com/apputil/content/defaultadv1.aspx?pId=12886&catId=57132&id=7054729. (Дата обращения: 04.2023).
  39. Smith D., Combes R., Depelchin O. et al. Optimising the design of preliminary toxicity studies for pharmaceutical safety testing in the dog // Regul. Toxicol. Pharmacol. 2005. Vol. 41. N. 2. P. 95–101. DOI: 10.1016/j.yrtph.2004.10.006.
  40. Phillips B., Smith D., Combes R. et al. An approach to minimise dog use in regulatory toxicology: production of a best practice guide to study design // Altern. Lab. Anim. 2004. Vol. 32. Suppl. 1B. P. 447–451. DOI: 10.1177/026119290403201s72.
Received: 2023-07-23
Reviewed: 2023-09-14
Accepted for publication: 2023-10-30

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»