Dissertation

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

 

Pauline Henniger

 

Development of a calf model for studying bovine neonatal pancytopenia (BNP)

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103905

title (ger.)

Ein Kälbermodell zur Untersuchung der bovinen neonatalen Panzytopenie (BNP)

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/hennigerp_ws13.pdf

abstract (deutsch)

Seit dem Jahr 2007 ist in vielen europäischen und einigen außereuropäischen Ländern das alloimmunbedingte Syndrom „bovine neonatale Panzytopenie (BNP)” bekannt. Charakteristisch für dieses Syndrom sind multiple innere und äußere Blutungen, Thrombozytopenie, Leukopenie, eine schwerwiegende Depletion aller drei hämatopoetischen Zelllinien des Knochenmarks sowie eine hohe Letalitätsrate bei 1-4 Wochen alten Kälbern beiderlei Geschlechts von unterschiedlichen Rassen. Als Ursache fand man einen inaktivierten Impfstoff gegen das bovine Virusdiarrhoe-Virus (BVDV), welcher eine Alloreaktivität bei geimpften Kühen gegen bovine Alloantigene hervorruft. Via Kolostrum übertragene alloreaktive Antikörper binden offensichtlich Oberflächenantigene von Thrombozyten, Leukozyten und hämatopoetischen Vorläuferzellen der Kälber, die das Kolostrum aufnehmen, was zur Phagozytose der Zellen, und daraus resultierend zu den beschriebenen Symptomen führt. Eine Verunreinigung des Impfstoffes mit Zellkulturbestandteilen wurde als Grund für die Immunisierung gegen bovine Alloantigene identifiziert. Dazu zählt auch MHC I (Major histocompatibility complex Klasse I), was eine Zeit lang als das monokausale Zielantigen betrachtet wurde. Jedoch kann anhand einer Alloreaktivität, die auf einer alleinigen Beteiligung des MHC I basiert, nicht erklärt werden, warum bei BNP Fällen keine Endothelschäden auftreten, obwohl Endothelzellen ebenfalls MHC I auf ihrer Oberfläche beherbergen. Subklinische Formen der BNP, wie sie in der Literatur beschrieben sind, können hiermit ebenfalls nicht erklärt werden. Die relativ niedrige Inzidenz von BNP Fällen in betroffenen Herden von ca. 10% wurde bisher kaum beachtet und ihre Gründe nicht erforscht. Nach wie vor ist nicht geklärt, ob 90% der geimpften Kühe die Alloantigene im Impfstoff nicht als fremd erkennen, oder ob 90% der Kälber unempfänglich gegenüber den impfinduzierten Alloantikörpern sind. Auf Grund der inhomogenen Reaktionsmuster innerhalb der Herden trotz gleichen Impfschemas wird immungenetischen Aspekten eine potentiell wichtige Rolle in der Ätiopathogenese der BNP zugesprochen. Das Ziel der aktuellen Studie war es deshalb, anhand eines Kälbermodells die Frage zu klären, ob variable Verläufe der BNP gezielt reproduziert werden können. Ein anderes Ziel war die Identifizierung von BNP auslösenden Faktoren und die genaue Bestimmung der Letalitätsrate von Kälbern, die mit dem Kolostrum von Kühen getränkt wurden, die eine gesicherte BNP-Vorgeschichte bei Kälbern aus früheren Laktationen hatten. Unter den 43 Versuchskälbern der Studie waren 18 klinisch letale BNP Fälle, zwei Kälber mit nichtletaler klinischer BNP, 15 subklinische BNP Fälle und acht Nicht-BNP Fälle. Es konnten variable Verläufe von BNP, darunter klinische und subklinische Formen mit unterschiedlichen Letalitätsraten reproduziert werden. Die Einteilung der Kolostrumspenderkühe in klinische und subklinische BNP auslösende Kühe sowie Nicht-BNP Kühe wurde durch die versuchsgruppen-spezifischen Reaktionen der Kälber innerhalb der Gruppen verifiziert. Der Haupteinfluss auf den Verlauf der BNP scheint von der Kolostrumspenderkuh auszugehen. Jedoch könnten indivduelle kalbspezifische Einflüsse eine essentielle Rolle spielen, wie durch ein einzelnes Nicht-BNP Kalb innerhalb einer Versuchsgruppe von zehn Kälbern, wovon neun Tiere klinisch letale BNP Fälle waren, gezeigt wurde. Allotypdiversität bzw. -übereinstimmung zwischen der Zelllinie, die zur Impfstoffherstellung diente, der Kolostrumspenderkuh und dem Versuchskalb scheinen eine Schlüsselrolle in Bezug auf die Ausbildung einer Alloreaktivität zu spielen. Aus diesem Grund sind immungenetische Analysen zur weiteren Klärung der Ätiopathogenese der BNP unerlässlich. Weiterhin wurden die genauen Todesursachen von Kälbern mit BNP analysiert. Hierfür wurden die Daten von insgesamt 38 letalen Fällen ausgewertet, von denen 23 der aktuellen Studie entstammten und 15 aus einem vorhergehenden, vergleichbaren Versuch kamen. Anämie, hervorgerufen durch BNP-bedingte Hämorrhagien, war die Todesursache bei 18 Kälbern (47%). Neunzehn Kälber (50%) starben an den Folgen von Infektionskrankheiten, vor allem an Pneumonie, Enteritis und Septikämie. Ein Kalb starb auf Grund von Enteritis und Exsikkose ohne Anzeichen einer BNP (3%). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Anämie in Folge von Hämorrhagien die häufigste Todesursache bei Kälbern mit BNP war. Jedoch hat sich herausgestellt, dass BNP die Letalitätsrate durch eine vermehrte Anfälligkeit gegenüber gewöhnlichen Neugeborenenerkrankungen erhöht. Eine präzise klinische und pathologische Untersuchung in jedem einzelnen Fall ist essentiell, um die Letalität von BNP zu beurteilen. Durch die Interaktion mit einer anderen Pathogenese ist die Identifizierung der Todesursache jedoch in einigen Fällen schwierig bzw. sogar unmöglich. Um weiterführende immungenetische Analysen adäquat durchführen zu können, müssen die unterschiedlichen Formen der BNP in Zusammenhang mit der Ko-Existenz anderer Erkrankungen bedacht werden, da diese die klar definierten klinischen, hämatologischen und pathologischen Befunde bei einer BNP beeinflussen können und so zu Fehlinterpretationen führen können.

abstract (englisch)

Since 2007, an alloimmune-mediated syndrome called bovine neonatal pancytopenia (BNP) has emerged in many European and several extra-European countries. This syndrome is characterized by multiple internal and external bleedings, thrombocytopenia, leukopenia, severe trilineage bone marrow depletion and a high lethality rate in calves of one to four weeks of age from different breeds and of both genders. An inactivated vaccine against the bovine viral diarrheal virus (BVDV) has been found to induce alloreactivity in vaccinated dams against bovine alloantigens. Alloreactive antibodies transmitted via colostrum are assumed to bind cell surface antigens of thrombocytes and leukocytes as well as of haematopoietic precursor cells in the bone marrow of calves which ingest this colostrum, resulting in phagocytosis which then leads to the described symptoms. The contamination of the vaccine by bovine cell culture components has been identified to be the reason for the immunization against bovine alloantigens like MHC class I (Major histocompatibility complex class I), which has been assumed to be the monocausal target antigen. However, a monocausal alloreactivity based on antibodies against MHC class I cannot explain the lack of BNP-induced endothelial damage, because on endothelial cells there are also molecules of MHC class I. Subclinical forms of BNP as described in literature could not be explained by this way, neither.

The relatively low intra-herd incidence of BNP cases of about 10 % have been hardly noted and its reasons have not been investigated yet. It is still not clear if 90% of the vaccinated dams do not recognize alloantigens in the vaccine as foreign or if 90% of the calves are not susceptible to alloreactive antibodies induced by the vaccination. Due to the inhomogeneous reaction pattern within the herds but the same vaccination scheme, immune genetic aspects are assumed to play an important role in the etiopathogenesis of BNP. The aim of the present study was therefore to clarify if variable courses of the disease are reproducible by establishing a calf model. Another objective was the identification of risk levels for BNP affection and lethality for calves having ingested colostrum from cows with a confirmed BNP history of previous BNP-affected calves. Among the 43 experimental calves, there were 18 lethal clinical BNP cases, two calves with nonlethal clinical BNP, 15 subclinical cases and eight BNP-unaffected calves. We could demonstrate variable courses of BNP including clinical and subclinical forms of BNP with varying lethality rates. Classification of the colostrum donor cows into clinical and subclinical BNP inducing dams and BNP-unaffected dams was verified by the group-specific reactions of the experimental calves in each experimental group. The major influence on the course of BNP seems to be induced by the dam. However, individual calf specific influences might play a vital role, as demonstrated by a single BNP-unaffected calf among nine cases with a lethal BNP in the same experimental group. Allotype divergence or compliance between the cell line used for vaccine production, the colostrum donor cow and the experimental calf are assumed to play key roles in the development of alloreactivity. Therefore, immune genetical analyses are essential to clarify the etiopathogenesis of BNP.

Furthermore, the exact causes of death in BNP-affected calves have been analysed in lethal cases of the present study and in experimental calves died during a previous study about reproducing BNP. In total, analysis was performed in 38 lethal BNP cases. BNP-induced haemorrhagic anaemia was the cause of death in 18 calves (47%). Nineteen calves (50%) died due to infectious diseases, especially due to pneumonia, enteritis and septicaemia. One calf died due to severe enteritis and exsiccosis without any signs of BNP (3%). In conclusion, anaemia as the consequence of haemorrhages was the most prevalent cause of death in BNP-affected calves, however, BNP has been approved to increase the lethality of common infectious neonatal diseases. Precise clinical and pathological examination and interpretation in every case is essential to verify the lethality of BNP. However, by means of the interaction of different pathogenesis, the exact identification of the cause of death is not easy or even impossible in some cases. Performing further immune genetic analyses, it has to be considered that different courses of BNP together with the co-existence of other diseases may influence the clearly defined clinical, haematological and pathological findings of BNP resulting in false interpretation.

keywords

Alloimmunität, Kälbersterblichkeit, Blutungen, alloimmunity, calf mortality, bleedings

kb

661