Dissertation

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

Lena Erffmeier

Morphometrische Untersuchungen an der Lunge in

einem Weißbüschelaffen-Modell für humanes

Asthma

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-109740

title (eng.)

Morphological investigations on the lung in a common marmoset model for human asthma

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/erffmeierl_ss17.pdf

abstract (deutsch)

Die genauen Mechanismen der Pathophysiologie von allergischem Asthma, vor allem hinsichtlich der Chronifizierung, sind noch immer ungeklärt. Wie in anderen Bereichen haben sich Tiermodelle als sinnvoll erwiesen, um Hypothesen zu pathophysiologischen Krankheitsaspekten zu generieren und zu überprüfen.

Weißbüschelaffen eignen sich aufgrund ihrer geringen Körpergröße, dem einfachen Handling, der guten Verfügbarkeit und übereinstimmender Merkmale der Lungenarchitektur besonders als translationales Tiermodell für humane Atemwegserkrankungen. Um asthmaähnliche Veränderungen im Weißbüschelaffen herbeizuführen, ist nach einer erfolgreichen Allergen-Sensibilisierung, eine periodische Allergen-Exposition der Tiere notwendig. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurden morphologische Untersuchungen an den rechten kaudalen Lungenlappen von Weißbüschelaffen durchgeführt, um die Auswirkungen der verschiedener Asthma-Protokolle (kurzzeitig und langzeitig) und der therapeutischen Intervention mit einem Glukokortikoid (Budesonid) zu beurteilen. Aufgrund der Tatsache, dass die nicht-zilierten Epithelzellen und atemwegsassoziierten Mastzellpopulationen eine wichtige Rolle bei allergischem Asthma spielen, lag der Schwerpunkt dieser Studie auf den CCSP und Muzin sezernierenden Zellen, sowie Tryptase- und Tryptase-Chymase-positiven Mastzellen in den intrapulmonalen Atemwegen der Weißbüschelaffen. Die verschiedenen Zelltypen wurden stereologisch unter Verwendung der folgenden immunhistochemischen und histochemischen Färbemethoden identifiziert und stereologisch mit dem STEPanizer® quantifiziert: Anti-Muc5AC- und Muc5B-Antikörper, anti-CCSP-Antikörper, anti-Mastzellen-Tryptase-Antikörper und Naphthol-AS-D-Chlorazetatesterase-Färbung. Zusätzlich wurden die Spezialfärbungen für Mastzellen auch an BALF-Zytospots angewendet, und CCSP-Konzentrationen wurden in BALF-Überständen unter Verwendung eines ELISA gemessen.

Es konnte gezeigt werden, dass eine wiederholte HDM-Exposition in sensibilisierten Weißbüschelaffen zu einer Abnahme der CCSP-Expression im Lungengewebe und in der BALF führt, was mit Beobachtungen in humanen Asthmapatienten übereinstimmt. Daher könnte die CCSP-Expression einen geeigneten histologischen Marker für den asthmatischen Phänotyp im Weißbüschelaffen darstellen.

Eine Becherzellhyperplasie, ein Markenzeichen des menschlichen extrinsischen Asthmas, konnte im Weißbüschelaffen nicht beobachtet werden. Somit fehlt ein charakteristisches phänotypisches Merkmal in Weißbüschelaffen nach subakuter und chronischer HDM-Exposition.

Veränderungen in der Dichte der verschiedenen atemwegsassoziierten Mastzellpopulationen traten mit den angewandten Asthma-Protokollen im Weißbüschelaffen nicht auf. Hinsichtlich der Mastzellpopulationen sind beim Menschen sehr heterogene Ergebnisse dokumentiert. Der Weißbüschelaffe ist daher mit Einschränkungen als Versuchstier für Pathogenesestudien für humanes Asthma geeignet. Sein Einsatz ist besonders für funktionelle Untersuchungen zur Rolle von CCSP sezernierenden nicht zilierten Zellen der luftleitenden Wege denkbar.

abstract (englisch)

The exact pathophysiological mechanisms of allergic asthma, especially with regard to chronicity, are still unclear. As in other areas, animal models have proven to be useful in generating and verifying hypotheses on pathophysiological aspects of human disease. Because of small body size, easy handling, good availability and consistent characteristics of lung architecture, common marmosets are suitable translational animal models for human respiratory diseases.

In order to induce asthma-like changes in the common marmoset after successful sensitization, periodic allergen exposure of the animals is necessary. In the present study, morphometric studies were performed on the right caudal lung lobe of common marmosets to assess the effects of different asthma protocols (short-term and long-term) and of therapeutic intervention with a glucocorticoid (budesonide). Due to the fact that non-ciliated epithelial cells and respiratory mast cell populations play an important role in allergic asthma, the focus of this study was on CCSP and mucin-secreting cells as well as on tryptase and tryptase-chymase-positive mast cells in the intrapulmonary respiratory tracts of the common marmoset. The different cell types were identified and quantified stereologically with the STEPanizer® by using the following immunohistochemical and histochemical staining methods: anti-muc5AC and muc5B-antibodies, anti-CCSP-antibody, anti-mast cell tryptase-antibody, and naphthol AS-D chloracetate-specific esterase stain. In addition, specific stains for mast cells were also applied to cytospots of BALF, and CCSP levels in BALF supernatants were measured by using an ELISA.

It could be demonstrated that repeated HDM challenges of sensitized common marmosets resulted in a decrease of CCSP expression in lung tissue and in BALF, which is consistent with findings in human asthma patients. Therefore, CCSP expression might serve as histological marker for an asthmatic phenotype in marmosets.

Goblet cell hyperplasia, a hallmark of human extrinsic asthma, could not be observed in common marmosets. Therefore, a characteristic asthmatic phenotype is missing in marmosets, which underwent subacute and chronic HDM challenge.

Changes in the abundance of different airway mast cell populations do not occur in common marmosets with the applied asthma protocols. However, very heterogeneous results are documented for the mast cell abundances in human asthmatics. Thus, the common marmoset is a limited suitable model for pathogenesis studies for human asthma. Its use is particularly conceivable for functional investigations on the role of CCSP secreting non-ciliated cells of the conducting airways.

keywords

Asthma, nicht-menschliche Primaten, HDM, CCSP, Muc5AC/5B, mast cells

kb

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