Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Janina Bartels

 

Nachweis des Chemokins MIP-3β/CCL19 im Liquor cerebro- spinalis und dessen Beteiligung bei der Einwanderung mononukleärer Zellen in den Subarachnoidalraum bei Hunden mit entzündlichen und nicht-entzündlichen neurologischen Erkrankungen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-102730

title (engl.)

Detection of the Chemokine MIP-3β/CCL19 in cerebrospinal fluid and its association with the invasion of mononuclear cells in neuroinflammatory and non-neuroinflammatory diseases in dogs

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/bartelsj_ss13.pdf

abstract (deutsch)

Chemokine sind wichtige Faktoren für die Zellwanderung und Pathogenese von Ent- zündungen im zentralen Nervensystem (ZNS). Sie können im Gewebe unter patho- logischen Bedingungen hochreguliert sein und durch lokale Chemokin-gradienten das Migrationsverhalten, sowie die Aktivierung von Immunzellen beeinflussen. Die erste Studie dieser Arbeit befasste sich mit dem Nachweis des Chemokins MIP-3β (Macrophage Inflammatory Protein-3 beta)/ CCL19 in Liquor cerebrospinalis (CSF) und Serumproben von Hunden mit entzündlichen und nicht-entzündlichen Erkrankungen des Zentralnervensystems (ZNS). Die Hypothese sollte bestätigt werden, dass MIP-3ß/CCL19 im CSF bei ausgewählten neurologischen Erkrankungen erhöht ist und an der Pathogenese der Invasion von mononukleären Zellen in den Subarachnoidalraum beteiligt ist. Die Messung des Chemokins MIP-3β/CCL19 in 141 gepaarten Serum- und CSF Proben von Hunden erfolgte mit Hilfe eines ELISAs. Die Messergebnisse zeigten, dass in CSF Proben erkrankter Hunde die MIP-3β/CCL19 Konzentrationen deutlich höhere Werte aufwiesen. MIP-3β/CCL19 CSF- Konzentrationen waren bei Tieren mit Steroid-responsiver Meningitis-Arteriitis (SRMA) und Meningoenzephalomyelitis unbekannten Ursprungs (MUO) signifikant erhöht im Vergleich zur Kontrollgruppe, die aus gesunden Hunden und Patienten mit idiopathischer Epilepsie bestand (p < 0.001; median CCL19 Konzentration SRMA: 1690 pg/ml; MUO: 373.5 pg/ml). Ebenfalls konnte dargestellt werden, dass die MIP-3β/CCL19 CSF-Konzentrationen bei Hunden mit SRMA und MUO signifikant mit der Liquorzellzahl korrelierten (SRMA r = 0.82, p < 0.001; MUO r = 0.59, p = 0.018). Aufgrund der höheren MIP-3β/CCL19 Liquorkonzentrationen im Vergleich zur Serumkonzentration kann von einer intrathekalen Synthese ausgegangen werden. Die erhöhte intrathekale Chemokinsynthese deutet darauf hin, dass MIP-3β/CCL19 bei der Pathogenese der untersuchten Erkrankungen relevant ist und möglicherweise eine Entzündungsreaktion aufrecht erhält. Eine Behandlung mit Glukokortikosteroiden reduzierte die MIP-3β/CCL19 Chemokinkonzentrationen im CSF bei Hunden mit SRMA und MUO im Vergleich zu unbehandelten Tieren signifikant (p < 0.001). Es konnte auch eine chemotaktische Aktivität für mononukleäre Zellen durch Liquorproben von Hunden mit immun mediierten neuroinflammatorischen Erkrankungen im durchgeführten Chemotaxis Assay dargestellt werden. Diese Ergebnisse führen zu der Annahme, dass das Chemokin MIP-3β/CCL19 in einer aktiven Form vorliegt und bei der Migration von Entzündungszellen in den Subarachnoidalraum eine Rolle spielt. Bei den untersuchten Hunden mit Bandscheibenvorfällen im Vergleich zur Kontrollgruppe konnten im CSF ebenfalls signifikant erhöhte MIP-3β/CCL19-Konzentrationen gefunden werden (p < 0.005). Diese Erhöhung des Chemokins kann für den sekundären Entzündungsprozess im ZNS verantwortlich sein, welcher eine wichtige Rolle bei der Sekundärschädigung des Rückenmarks spielt. Der Chemotaxis Assay konnte zeigen, dass CSF Proben von Hunden mit Bandscheiben- vorfällen auch chemotaktische Aktivität für mononukleäre Zellen aufweisen. Da jedoch bei diesen CSF-Proben die Zellzahl nicht mit der MIP-3β/CCL19-Konzentrationen korrelierte, wird vermutet, dass MIP-3β/CCL19 bei Bandscheiben- vorfällen nicht alleine für die Einwanderung von mononukleären Zellen in das ZNS verantwortlich ist. In der zweiten Studie konnte die erfolgreiche medikamentöse Behandlungsstrategie für die Therapie eines Hirnabszesses dargestellt werden, welcher eine neuro- inflammatorische Erkrankung mit infektiöser Ursache repräsentiert. Es ist essentiell zwischen entzündlichen, infektiösen oder immun mediierten Erkrankungen zu unterscheiden, um die entsprechenden Therapien wählen zu können. Bei einem bakteriell bedingten Hirnabszess ohne eindeutige Identifizierung des mikrobiellen Agens müssen Antibiotika eingesetzt werden, die ein breites Spektrum und ebenfalls eine gute biologische Verfügbarkeit im ZNS besitzen. In dieser Studie konnte eine Kombination aus Enrofloxacin (10 mg/kg, IV, q 12 hrs), Clindamycin phosphate (19.5 mg/kg, IV, q 12 hrs) und Cefazolin sodium (21.6mg/kg, IV, q 8 hrs), welches während der Behandlung zu Ampicillin sodium/sulbactam sodium (21.6 mg/kg, IV, q 8 hrs) gewechselt wurde, zu einem erfolgreichen klinischen Verlauf ohne chirurgische Intervention führen. Der Hund wurde zu Hause mit Enrofloxacin (7.8 mg/kg, PO, q 24 hrs) und Clindamycin (15 mg/kg, PO, q 12 hrs) für vier Monate und Amoxicillin/clavulansäure (21.5 mg/kg, PO, q 12 hrs) für zwei Wochen weiterbehandelt. In dem vorliegenden Fall wurden zusätzlich zu den Breit- spektrumantibiotika auch entzündungshemmende Medikamente eingesetzt. In der ersten Studie konnte die Hypothese bestätigt werden, dass das Chemokin MIP-3β/CCL19 eine Rolle in der Pathogenese der SRMA und MUO spielt und vermutlich bei der Sekundärschädigung von Rückenmarksverletzungen beteiligt ist. Das Chemokin MIP-3β/CCL19 kann vermutlich für die bessere Beurteilung der Prognose, sowie auch als wichtiger Biomarker für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien verwendet werden.

 

abstract (englisch)

Chemokines are important factors for the cell migration and pathogenesis of inflammatory reactions in the central nervous system (CNS). They can be up-regulated in tissues under pathologic conditions. Certain chemokine gradients can influence the cell migration and lead to the activation of immune cells. The first aspect of this study covered the quantification of chemokine MIP-3β (macrophage inflammatory protein-3 beta)/CCL19 concentrations in the cerebrospinal fluid (CSF) and serum samples in dogs with inflammatory and non-inflammatory diseases of the central nervous system (CNS). The second aspect of this study addressed the determination of the chemotactic activity of mononuclear cells induced by CSF containing elevated MIP-3β/CCL19 concentrations. The hypothesis should be proven that MIP-3β/CCL19 concentrations are increased in CSF samples of selected neurological diseases and that higher concentrations of MIP-3β/CCL19 within the CNS induce mononuclear cell migration. MIP-3β/CCL19 concentration measurements were performed using a commercially available ELISA in 141 paired serum and CSF samples of dogs. Elevated MIP-3β/CCL19 values could be measured in CSF samples of dogs with inflammatory and non- inflammatory neurological diseases. MIP-3β/CCL19 CSF concentrations in dogs with steroid-responsive meningitis-arteritis (SRMA) and meningo- encephalitides of unknown origin (MUO) were significantly higher compared to the control group consisting of healthy dogs and patients with idiopathic epilepsy (p < 0.001 ; median CCL19 concentration SRMA: 1690 pg / ml; MUO: 373.5 pg / ml). Additionally, a significant correlation between MIP-3β/CCL19 CSF concentrations and CSF cell count in dogs affected with SRMA and MUO (SRMA r = 0.82, p <0.001; MUO r = 0.59, p = 0.018) was detected. Higher concentrations of MIP-3β/CCL19 in the CSF compared to serum samples give a hint for intrathecal cytokine synthesis. Increased intrathecal chemokine synthesis suggests that MIP-3β/CCL19 may play an important role in the pathogenesis and maintenance of an inflammatory reaction. Glucocorticosteroid administration significantly decreased the MIP-3β/CCL19 chemokine concentrations in CSF samples of dogs affected with SRMA and MUO compared to untreated patients (p < 0.001). Chemotactic assay results revealed that chemotactic activity for mononuclear cells was induced by CSF samples with elevated levels of MIP-3β/CCL19 of dogs with immune mediated neuroinflammatory diseases suggesting that MIP-3β/CCL19 is present in an active form within the CSF and that increased MIP-3β/CCL19 CSF concentrations have an effect on the migration of inflammatory cells into the subarachnoid space. Patients with intervertebral disc disease (IVDD) showed significantly elevated MIP-3β/CCL19 CSF concentrations (p < 0.005) compared to controls. This chemokine elevation may be responsible for the secondary wave of inflammatory reactions in the CNS playing an important role in the secondary damage of spinal cord injuries (SCI). Furthermore, the chemotaxis assay also demonstrated that CSF samples of dogs with IVDD had chemotactic activity for mononuclear cells. However, in these CSF samples the total white blood cell count was not correlated with the MIP-3β/CCL19 concentrations as shown previously with SRMA and MUO. Therefore, it is assumed that MIP-3β/CCL19 is not solely responsible for the migration of mononuclear cells into the subarachnoid space of dogs with IVDD. The second study presents a successful medical management of a brain abscess, which represents a neuroinflammatory disease caused by an infectious agent. It is essential to distinguish between inflammatory, infectious or immune-mediated diseases, in order to select appropriate therapies. In bacterial brain abscesses without clear identification of the microbial agent, broad spectrum antibiotics with high CSF bioavailability should be used. In this study, a combination of enrofloxacin (10 mg/kg, IV, q 12 hrs), clindamycin phosphate (19.5 mg /kg, IV, q 12hrs) and cefazolin sodium (21.6 mg/kg, IV, q 8 hrs), which was later changed to ampicillin sodium / sulbactam sodium (21.6 mg/kg, IV, q 8 hrs), lead to a successful clinical outcome without surgical intervention. The dog was maintained at home on enrofloxacin (7.8 mg/kg, PO q 24 hrs) and clindamycin (15 mg/kg, PO, q 12 hrs) for four months, and amoxicillin/clavulanic acid (21.5 mg/kg, PO, q 12 hrs) for two weeks. In the presented case, anti-inflammatory drugs were used in addition to the broad-spectrum antibiotics. The first study could confirm the hypothesis that the chemokine MIP-3β/CCL19 plays a role in the pathogenesis of SRMA and MUO and is involved in the secondary injury of SCI. Therefore, the chemokine MIP-3β/CCL19 may become a useful biomarker in detecting and determining the extent of disease, estimating prognosis and developing new treatment strategies.

 

keywords

Liquor cerebrospinalis, Makrophagen Inflammatorisches Protein 3 beta, CCL 19, chemokine, cerebrospinal fluid, cell migration

kb

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