Telemetrische Überwachung zur Belastungsbeurteilung in Mausmodellen für Stress und chronisch entzündliche Darmerkrankungen

Das Wohlergehen von Versuchstieren hat in den letzten Jahrzenten kontinuierlich sowohl in der Gesellschaft als auch in der tierexperimentellen Forschung einen deutlich höheren Stellenwert erlangt. Dies spiegelt sich auch in der Gesetzgebung wider: Laut der EU-Richtlinie 2010/63 ist im Tierversuchsantrag die zu erwartende Belastung der Versuchstiere prospektiv einzuschätzen. Außerdem muss während der Versuchsdurchführung der tatsächliche Schweregrad für jedes einzelne Tier erfasst und dokumentiert werden. Die Belastungsbeurteilung bei Versuchstieren umfasst die Einschätzung und das Erkennen von Schmerzen, Leiden, Schäden sowie Stress und muss unter Berücksichtigung aller beeinflussenden Faktoren individuell erfolgen.   Für viele etablierte Tiermodelle und tierexperimentelle Eingriffe bestehen bis heute Unklarheiten darüber, inwieweit sie das Wohlbefinden der einzelnen Versuchstiere beeinträchtigen. Aufgrund fehlender verbaler Kommunikationsmöglichkeiten von Tieren muss die Belastungseinschätzung anhand von Beobachtungen und physiologisch messbaren Parametern erfolgen. Dabei stellt die Maus, die weltweit am häufigsten in der Forschung eingesetzte Spezies, eine besondere Heraus-forderung dar. Schließlich gehört es zum natürlichen Schutzmechanismus dieser Tiere, vorhandene Schmerzen zu verbergen. Auch wenn in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte auf diesem Gebiet gemacht wurden, stehen derzeit kaum objektive, einheitliche und reproduzierbare Messmethoden zur Belastungsbeurteilung von Mäusen zur Verfügung.   Das Ziel dieser Dissertation war es daher, mit Hilfe der Telemetrie belastungs-bedingte Veränderungen physiologischer Parameter von Labormäusen zu erfassen und auf wissenschaftlicher Basis zu beurteilen, um so anhand der gewonnenen Daten die Belastung der Tiere einschätzen zu können. Als Belastungsmodelle dienten hierbei die chirurgische Implantation eines Transmitters, das experimentelle Restraint-Stress-Modell sowie zwei gut etablierte Tiermodelle für CED: das Modell der Interleukin-10 defizienten Maus und das Modell der akuten DSS-induzierten Kolitis.   Die in den verschiedenen Versuchen telemetrisch erhobenen Parameter (Temperatur, Herzfrequenz, Herzfrequenzvariabilität und Aktivität) wurden anschließend mit den Befunden der klinischen Untersuchung und mit den Daten von biochemischen Stressmarkern verglichen. Dabei galt es insbesondere heraus zu finden, ob mit Hilfe der Telemetrie auch gering- bis mittelgradige Schmerz- und Belastungszustände objektiv erfasst werden können und daher Vorteile gegenüber dem klinischen Scoring bestehen. Des Weiteren wurde der Einfluss von Stress auf die Pathogenese der chronisch entzündlichen Darmerkrankung untersucht.   Für die telemetrische Überwachung von Labormäusen ist zunächst eine chirurgische Implantation eines Transmitters erforderlich. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit konnten bestätigen, dass dieses invasive Verfahren belastend und zunächst mit postoperativen Schmerzen für die Tiere verbunden ist. Allerdings wurde auch deutlich, dass die Tiere sich schnell an den in der Peritonealhöhle liegenden Transmitter gewöhnen. Nach einer Erholungszeit von mindestens zwei Wochen kann die Telemetrie deshalb für Langzeitmessungen an wachen und sich frei in ihrer gewohnten Umgebung bewegenden Mäusen verwendet werden, ohne eine zusätzliche Belastung darzustellen.   In allen untersuchten Belastungsmodellen stellte sich die Telemetrie gegenüber der klinischen Untersuchung als deutlich sensitivere Methode zur Detektion von Schmerz und Belastung dar. Insbesondere die Aktivität und Herzfrequenzvariabilität erwiesen sich als äußerst zuverlässige Indikatoren zur Beurteilung des Wohlbefindens. Anhand dieser Parameter war es möglich selbst gering- bis mittelgradige Schmerz- und Belastungszustände der Mäuse zu erkennen.   Die klinische Untersuchung war hingegen selten aussagekräftig. So konnten in den Kolitismodellen erst bei Auftreten von Durchfall einhergehend mit starkem Gewichtsverlust Veränderungen im äußeren Erscheinungsbild festgestellt werden.   In den Stressversuchen fand eine schnelle Gewöhnung der Tiere an die sich wiederholende Stressexposition statt. Somit war das verwendete Restraint-Stress-Protokoll nicht geeignet, dauerhaft einen eindeutig stressinduzierten Phänotyp zu erzeugen. Ebenso konnte mit diesem experimentellen Stressprotokoll kein direkter Einfluss von Stress auf die Entwicklung und den Verlauf der chronischen Kolitis festgestellt werden.   Weiterhin konnte gezeigt werden, dass der genetische Hintergrund der Mauslinie einen bedeutenden Einfluss auf die experimentellen Forschungsergebnisse nimmt. Schon unter basalen Bedingungen wurden mit Hilfe der Telemetrie signifikante Unterschiede in allen erfassten physiologischen Parametern zwischen den B6 und den C3 Mäusen detektiert. Die Untersuchungen in der postoperativen Phase sowie unter experimentellem Stress zeigten außerdem, dass die B6 Mäuse deutlich schmerz- und stressempfindlicher waren als die C3 Mäuse. Sie reagierten in beiden Modellen sensibler und benötigten eine längere Erholungsphase. Diese Ergebnisse verdeutlichen die Problematik einer Übertragung auf andere Inzuchtstämme.   Zusammenfassend zeigten die Ergebnisse dieser Doktorarbeit, dass die Telemetrie eine objektive und reproduzierbare Erfassung belastungsrelevanter Parameter von Labormäusen erlaubt. Da die Tiere zur Erhebung der physiologischen Parameter nicht manipuliert werden müssen, liefert sie robuste und zuverlässige Daten und leistet somit einen wertvollen Beitrag zum Refinement und zur Reduction gemäß des 3R Prinzips.