Dissertation

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

Anne Elisabeth Schmitt

Untersuchungen zur experimentellen Infektion von Marmosets (Callithrix jacchus) mit dem Calpoxvirus

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-107616

title (engl.)

Investigations on experimental infection of common marmosets (Callithix jacchus) with calpox virus

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/schmitta_ws15.pdf

abstract (deutsch)

Trotz der globalen Ausrottung der humanen Pocken im Jahr 1980 ist die Häufigkeit orthopockenviral bedingter Zoonosen in den letzten Jahren gestiegen. Auch kann nicht ausgeschlossen werden, dass Variolaviren als Biowaffe missbraucht und vorsätzlich verbreitet werden. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem RobertKoch-Institut wurde in vorausgehenden Arbeiten ein vielversprechendes Tiermodell in Marmosets (Callithrix jacchus) etabliert, das sich hervorragend sowohl für Pathogenesestudien orthopockenviral bedingter Erkrankungen als auch zur Evaluierung neuer Vakzinen sowie Therapeutika eignet. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mittels histologischer, immunhistochemischer und transmissionselektronenmikroskopischer Techniken einen detaillierteren Einblick insbesondere in die Frühphase der Calpoxvirusinfektion zu erhalten. Die Ergebnisse der Studie wurden in drei Arbeiten dokumentiert, zwei davon liegen als Manuskripte zur Einreichung vor. Eine Arbeit wurde als Übersichtsarbeit zur vorhandenen Literatur bereits publiziert.

Die veröffentlichte Arbeit mit dem Titel “SCHMITT, Anne, MÄTZ-RENSING, Kerstin und Franz-Josef KAUP (2014): Non-human primate models of orthopoxvirus infections. Vet. Sci. 1, 40-62” gibt einen Überblick zu den verschiedenen Tiermodellen zu Orthopocken-Infektionen unter Verwendung von Primaten. Dabei werden auch die Vorteile des Calpoxvirusmodells bei Marmosets dargestellt. Diese liegen in ähnlichen Infektionsrouten wie die humane Variola-Infektion, der natürlichen Situation entsprechenden niedrigen Infektionsdosis und im niedrigeren Risikopotential der verwendeten neuartigen Kuhpockenvariante. Ebenfalls sind die allgemeinen Vorteile (Handling, Kosten) der verwendeten Primatenart (Callithrix jacchus) zu berücksichtigen.

Im Manuskript mit dem Titel “SCHMITT, Anne, STAHL-HENNIG, Christiane, GAN, Lin, SHI, Tingchuan, ELLERBROK, Heinz, MÄTZ-RENSING, Kerstin und Franz-Josef KAUP: Dynamics of pathological findings during experimental calpox virus infection of common marmosets (Callithrix jacchus)” werden die Ergebnisse einer Pathogenesestudie dargestellt. Die Auswertung von Gewebeproben brachte folgende Ergebnisse: Nach intranasaler Applikation von 3,5 x 105 PFU Calpoxvirus konnte bereits an Tag 3 post infectionem (p. i.) immunhistochemisch virales Antigen in nasalen Mukosaepithelzellen dargestellt werden. Bei Inokulation einer niedrigeren Dosis (8,3 x 103 PFU) gelang dieser Nachweis erst an Tag 5 und nur bei einem von drei Tieren an Tag 5 und 7. Zusätzlich ließ sich ab Tag 7 mittels Immunhistochemie virales Antigen im submandibulären Lymphknoten und in der Milz darstellen. Ab Tag 12 traten massive histopathologische Veränderungen vor allem in lymphoiden Organen (Milz, Lymphknoten) in Form von nekrotisierender Splenitis und Lymphadenitis auf. In der Leber konnten ebenfalls ab Tag 12 zahlreiche Einzelzellnekrosen mit intrazytoplasmatischen Einschlusskörperchen detektiert werden. Ultrastrukturell konnten im Finalstadium intrazytoplasmatische Typ A und Typ B Einschlusskörperchen sowie verschiedene Stadien der viralen Morphogenese nachvollzogen werden.

Das zweite zur Publikation vorgesehene Manuskript befasst sich mit einer Impfstudie unter Verwendung von MVA (Modifiziertes Vakziniavirus Ankara) und MVTT (Modifiziertes Vakziniavirus Tiantan). Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf der Darstellung morphologischer Veränderungen bei den Impfdurchbrüchen. Unter dem Titel “SCHMITT, Anne, GAN, Lin, STAHL-HENNIG, Christiane, MÄTZ-RENSING, Kerstin und Franz-Josef KAUP: Evaluation of vaccination with MVA and MVTT in experimental Calpox virus infection in marmosets and associated pathologyist dargestellt, dass der Impfstoff MVA nur bei 1 von 8 Tieren in der Lage war, einen Schutz im Calpoxvirusmodell herbeizuführen. Der ebenfalls getestete Impfstoff MVTT konnte insgesamt 8 von 12 Tieren vor einer Erkrankung schützen. Bei den 4 Impfdurchbrüchen war der Todeszeitpunkt zwischen Tag 17 und Tag 24 p. i. im Vergleich zu der unvakzinierten Kontrollgruppe (Tod zwischen Tag 12 und 16 p. i.) herausgezögert. Histopathologische Untersuchungen ergaben, dass die MVA-Impfdurchbrüche mit Infektion 10 Wochen nach der letzten Immunisierung deutlich geringere Veränderungen zeigten als die Tiere, die nach einer 4-wöchigen Wartezeit inokuliert wurden. Die Impfdurchbrüche aus der MVTT Gruppe zeigten bis auf ein Tier insgesamt nur milde histopathologische Veränderungen in Milz und submandibulärem Lymphknoten. Auffallend bei den Impfdurchbrüchen aller Gruppen waren die teils massiven Lungenveränderungen. Mit der vorliegenden Arbeit konnten neben Einsichten in Pathogenese und Prophylaxe einer experimentellen Calpox-Infektion in Hinblick auf Orthopockeninfektionen bei Mensch und Tier auch Aspekte der tiermedizinischen Grundlagenforschung bei einer neuartigen Affenerkrankung ermittelt werden.

abstract (englisch)

Despite the global eradication of smallpox in 1980, there has been an increase in zoonoses caused by orthopoxviruses. Furthermore, variola virus has the potential to be used as a bioweapon. In cooperation with the Robert-Koch-Institut, we have established an animal model in common marmosets (Callithrix jacchus) to study pathogenesis as well as to evaluate new vaccines and therapeutics. The aim of this study was to gain an insight into the early phase of infection via histology, immunohistochemistry and transmission electron microscopy. The results of the study were documented in three manuscripts. One manuscript, which is a literature study, has already been published.

The published work titled “SCHMITT, Anne, MÄTZ-RENSING, Kerstin und Franz-Josef KAUP (2014): Non-human primate models of orthopoxvirus infections. Vet. Sci. 1, 40-62” provides an overview about non-human primate models of orthopoxvirus infections and presents the advantages of the calpox virus model in marmosets. These advantages include similar infection route compared to human smallpox infection, low infectious dose and low risk potential of calpox virus. Furthermore, there are general advantages concerning handling and costs of common marmosets (Callithrix jacchus).

The manuscript titled “SCHMITT, Anne, STAHL-HENNIG, Christiane, GAN, Lin, SHI, Tingchuan, ELLERBROK, Heinz, MÄTZ-RENSING, Kerstin und Franz-Josef KAUP: Dynamics of pathological findings during experimental calpox virus infection of common marmosets (Callithrix jacchus)” shows that the vaccine MVA only protected 1 of 8 animals, whereas the vaccine MVTT was able to protect 8 of 12 animals. In the 4 vaccine breakthroughs, time of death (between day 17 and 21

post infection) was delayed compared to the unvaccinated controls (death between 12 and 16 days post infection). Histopathological investigations revealed that MVA breakthroughs which were challenged 10 weeks after last immunization had substantially milder alterations than those animals which were inoculated after a 4 week waiting period. The vaccine breakthroughs of the MVTT group, with the exception of one animal, showed few histopathological alterations in the spleen and submandibular lymph node. Vaccine breakthroughs of all groups showed partly massive pulmonary alterations.

The work provides an insight into the pathogenesis and prevention of experimental calpox virus infection and demonstrates aspects of basic research of a new nonhuman primate disease.

keywords

Orthopockenviren, nichthumane Primaten, Pathologie, orthopoxvirus, non-human primates, pathology

kb

7.347