Dissertation

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

Karen Lampe

Untersuchungen zur Diagnostik und Prophylaxe der alveolären Echinokokkose bei Makaken

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-1044087

title (engl.)

Investigations on diagnostics and prevention of alveolar echinococcosis in macaques

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/lampek_ws13.pdf

abstract (deutsch)

Die alveoläre Echinokokkose (AE), welche durch das zweite Larvenstadium des kleinen Fuchsbandwurmes Echinococcus multilocularis hervorgerufen wird, kann sowohl beim Menschen als auch beim nicht-humanen Primaten auftreten und ist gekennzeichnet durch eine chronisch-progressive Lebererkrankung, welche ohne adäquate Therapie in der Regel tödlich verläuft. Anlässlich der Häufung spontaner Fälle von AE am DPZ, welche neben Javaneraffen (n=13) auch Rhesusaffen (n=9) betrifft, war es ein Ziel der vorliegenden Arbeit, die mit der AE einhergehenden pathomorphologischen Veränderungen bei diesen beiden Spezies zu untersuchen und potentielle Unterschiede zur AE des Menschen festzustellen. Daher wurde eine retro- und prospektive Analyse der postmortalen Befunde durchgeführt, ergänzt durch histopathologische Untersuchungen sowie immunhistochemische und molekularbiologische Methoden.

Weitere Ziele bestanden in der Evaluierung verschiedener diagnostischer Methoden (serologisches Screening mittels ELISA; bildgebende Verfahren) im Hinblick auf ihre prospektive Aussagekraft sowie in ersten Voruntersuchungen zur Umsetzung prophylaktischer Ansätze (Immunisierung von Rhesusaffen mit Em14-3-3; anthelminthische Beköderung von Füchsen). Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Die Veränderungen hämatologischer und klinisch-chemischer Parameter sind eher unspezifisch. In einzelnen Fällen konnte ein Aktivitätsanstieg mehrerer Leberenzyme (jedoch nicht der leberspezifischen ALT) innerhalb eines Monats vor dem Tod der jeweiligen Tiere beobachtet werden. Einige Makaken zeigten eine Lymphopenie oder eine Eosinophilie. Insgesamt scheint künftig der Vergleich mit DPZ-internen hämatologischen Referenzwerten, die derzeit etabliert werden, optimal.

2. Bildgebende Verfahren, insbesondere die Sonographie, stellen wichtige diagnostische Methoden dar, mithilfe derer der typische heterogene Charakter der abdominalen AE dargestellt und serologische Ergebnisse überprüft werden können.

3. Die serologische Screeninguntersuchung der Zuchtkolonien mittels Gesamtlarven- ELISA stellt eine effektive und hoch sensitive diagnostische Methode dar. Bei 18 Makaken wurde eine gute Korrelation zwischen Antikörpernachweis und postmortalen Befunden festgestellt. Bei den lebenden Tieren sollte dennoch, insbesondere in Fällen grenzwertiger oder schwach positiver serologischer Befunde, ein Bestätigungstest wie die Sonographie durchgeführt werden, um eine korrekte Diagnose zu gewährleisten.

4. Pathomorphologisch war die AE gekennzeichnet durch ein Konglomerat flüssigkeitsgefüllter Vesikel und derber Knoten mit einem insgesamt tumorähnlichen Erscheinungsbild und unter meist großflächiger Zerstörung des Leberparenchyms. Die Leber stellte bei allen 22 Makaken das Hauptmanifestationsorgan dar; bei 19 Tieren war es zu einer Dissemination in andere Organe, wie beispielsweise Lunge und Pankreas gekommen. Histopathologisch setzten sich die Läsionen aus teils fragmentierten, verschlungenen Laminarschichten oder aus intakten Vesikeln mit einer auskleidenden Germinativschicht sowie einem typischen periparasitären Granulom mit einem chronischen Entzündungszellinfiltrat und resultierender Fibrose zusammen. Häufig waren Nekrose und Mineralisation weitere auffällige Merkmale. Das pathomorphologische Bild der AE bei Makaken ähnelt damit dem des Menschen sehr. Ein entscheidender Unterschied besteht allerdings darin, dass in der Regel Protoscolices nachweisbar waren, während die Läsionen beim Menschen überwiegend steril sind. Bei neun der elf ausgewählten Makaken ließ sich E. multilocularis spezifische DNA im Gewebe nachweisen, was die Eignung der PCR als Bestätigungstest darlegt. Allerdings sollte die Möglichkeit falsch-negativer Ergebnisse durch Nekrosen bedacht werden.

5. Anhand von Stammbaumanalysen konnte eine familiäre Häufung von AE-Fällen bei den Javaneraffen festgestellt werden. So waren häufig Mütter und ihre Nachkommen von der Erkrankung betroffen. Ob dies auf genetische oder ethologische Ursachen zurückzuführen ist, wurde im Rahmen dieser Arbeit nicht untersucht. In jedem Fall stellt die gründliche und regelmäßige Nachuntersuchung dieser Nachkommen erkrankter Tiere einen weiteren wichtigen Faktor für die frühzeitige Erkennung infizierter Tiere dar.

6. Die Immunisierung mit rekombinantem Em14-3-3-Antigen führte zur Bildung spezifischer Antikörper bei fünf Rhesusaffen. Mit Aluminiumhydroxid konnten die höchsten Antikörperkonzentrationen induziert werden, verglichen mit MDP und Quil A. Letzteres führte zu einer lokalen Entzündung und wurde daher nicht als sicheres Adjuvans für Rhesusaffen eingestuft. Es bleibt in jedem Fall zu klären, ob die Impfung eine protektive Immunantwort induziert.

7. Wie mithilfe von Fotofallen gezeigt werden konnte, ist die hohe Prävalenz der AE im Primatenbestand ursächlich auf eine hohe Kontaktmöglichkeit der Tiere mit Füchsen zurückzuführen. Die direkte Übertragung über kontaminierte Fuchs-Faeces stellt die plausibelste Hypothese bezüglich der Infektion dar.

8. Um die Problematik der AE langfristig zu lösen, erscheint neben der prophylaktischen Immunisierung der Affen das Fernhalten von Füchsen oder deren anthelminthische Beköderung die wichtigste Maßnahme.

abstract (englisch)

Alveolar echinococcosis (AE), caused by the second larval stage of the small fox tapeworm E. multilocularis, can affect humans as well as non-human primates and is characterized by a chronically progressive liver disease and a fatal outcome without adequate therapy. Due to the increasing number of spontaneous AE at the DPZ, including cynomolgus monkeys (n=13) and rhesus macaques (n=9), one objective of this study was to investigate the pathomorpho- logy of the disease in these two species and to point out potential differences to human AE. Therefore, retro- and prospective analysis of postmortem findings as well as histopathological investigations have been carried out, complemented by immunohistochemical and molecular techniques.

Further objectives were to evaluate the prospective value of different diagnostic methods (serological screening by means of ELISA and imaging techniques) as well as first investigations concerning prophylactic approaches (immunization of rhesus monkeys with Em14-3-3 and anthelminthic baiting of foxes). The results may be summarized as follows:

1. Hematology and clinical chemistry parameters are rather unspecific. In some cases, a rise of several hepatic enzymes (but not of the specific ALT) could be observed within one month prior to death. Some macaques showed lymphopenia or eosinophilia. In the future, the comparison with DPZ-internal hematological reference values, which are currently being established, is considered optimal.

2. Imaging techniques, especially sonography represent valuable diagnostic tools revealing the typical heterogenous character of the abdominal AE and confirming serological results.

3. Serological screening of the monkey colonies using the crude antigen ELISA proved to be an efficient and highly sensitive diagnostic tool. In 18 macaques, antibody detection correlated well with postmortem findings. In living animals, however, especially in cases of borderline serological results or weak antibody concentrations, a confirmatory test like sonography should be employed in order to ensure a correct diagnosis.

4. Pathomorphologically, the AE was characterized by a conglomerate of fluidfilled vesicles and coarse nodules with a tumorlike appearance, extensively destroying the liver parenchyma. The liver was affected in all 22 animals; in 19 of them, a dissemination to other organs like lungs and pancreas had occurred. Histopathologically, the lesions consisted of either fragmented and convoluted laminated layers or of intact multilocular vesicles with a lining germinal layer and a periparasitic granuloma, characterized by chronic inflammatory cells and fibrosis. Often, necrosis and mineralization were prominent features. Thus, the pathomorphological picture is very similar to that of human AE. An important difference was the presence of protoscoleces in most cases whereas lesions in humans are usually sterile. E. multilocularis DNA was demonstrable in nine of eleven selected macaques indicating that PCR represents a useful confirmatory test. Yet, the possibility of false-negative results due to necrosis should be considered.

5. Pedigree analysis revealed a family clustering of AE in cynomolgus monkeys; in particular, mother-offspring relations were frequent among animals suffering from AE. It was not investigated, wether this predisposition is due to genetic or due to ethological reasons. However, a careful follow-up of the offspring of affected animals represents another important factor for early detection of infected animals.

6. Immunization with recombinant Em14-3-3 antigen led to antibody formation in 5 rhesus monkeys. Alum induced the highest antibody concentrations compared to MDP and Quil A. The latter induced a local inflammation and was therefore not considered as a save adjuvant for rhesus macaques. It remains to be elucidated to what extent the vaccination induces a protective immunity.

7. As demonstrated by means of camera traps, the high prevalence of AE in the non- human primate colonies is caused by close contact with foxes. The direct transmission through contaminated fox feces represents the most plausible hypothesis concerning infection.

8. In order to solve the problem of AE, the prophylactic immunization of the monkeys as well as startling or anthelminthic baiting of foxes are considered the most important approaches.

keywords

Aleoläre Echinokokose, Echinococcus multilocularis, Makaken; alveolar echinococcosis, macaques

kb

9.166