Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Retrospektive Untersuchungen zu Lungenveränderungen bei Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus) in einer Versuchstierkolonie

Kunze, Marius Fabian

The common marmoset is employed as an animal model for chronic respiratory diseases in humans – specifically chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and asthma – in a collaborative research effort between the Fraunhofer Institute for Toxicology and Experimental Medicine (ITEM), Hannover and the German Primate Center (DPZ), Göttingen. The study presented in this thesis defines the spectrum of lung pathology in common marmosets with the express purpose of delimiting pathological processes of possible "background lesions" in experimental animals. Moreover, a fundamental element of the investigation lies in determining the health-related respiratory pathogens in marmosets. Another main focus of the study was the determination of health-relevant pathogens in the respiratory system of marmosets. The results obtained from this approach can be used in future research studies. This study, between 1997 and 2011 in a total of 639 animals in the care of the marmoset colony of DPZ, investigated the spectrum of lung changes with an emphasis on inflammatory lung lesions. To better compare the findings, two additional external groups of animals were included in this study: 38 marmosets from the University of Göttingen and 34 animals from an external laboratory animal facility. Pathomorphological diagnoses were combined with the results of etiological studies (microbiology, parasitology) and animal-specific information (age, gender, preliminary report, housing conditions) into Excel spreadsheets and analyzed statistically. The analysis showed that the prevalence of pneumonia in the DPZ group (housed exclusively indoors) was 35%. In comparison, the prevalence of pneumonia in animals of the external facility, which were also housed exclusively indoors, was much higher at 53%. The animals held at the university, with access to an outdoor area, showed a prevalence rate of 5%. The results from the present study show that, 32% of the tested in-house animals had interstitial pneumonia while only 10% presented with inflammatory cell infiltrate. With regard to infectious agents, neither histological nor cultural bacteria were found. Statistical surveys for the presence of sparse inflammatory cell infiltrate showed no gender or age predisposition. Significant findings, however, lay in the cases of interstitial pneumonia. Firstly, juvenile animals (age 10 weeks to 30 months) were most affected. Furthermore, the occurrence of interstitial pneumonia was different between the two animal houses of the DPZ (i.e. new facility vs. old facility). A small proportion of the animals (4%) studied in the DPZ group exhibited alveolar pneumonia, bronchointerstitial pneumonia, granulomatous inflammation or lung tumors. Etiologically, various pathogens such as streptococcus or bordetella could be detected. This study also aimed to obtain information on the possible infectious etiology of the corresponding interstitial lesions by utilizing current sections cases in 22 DPZ animals and molecular biological methods. Specific emphasis was placed on the possible participation of viral pathogens, such as respiratory syncytial virus A and B, influenza A, influenza B, adenoviruses, enteroviruses, picornaviruses, pan-paramyxoviruses and measles. The measles genome from frozen lung tissue was detected in two animals. This small number of positive tested animals cannot account for the high prevalence of interstitial pneumonia in the entire animal colony. One likely hypothesis is that it occurs with housing-specific factors, since they are different in terms of the air exchange rate within the two animal houses. Therefore, the climatic conditions should be examined and adjusted in the new animal units, if necessary. The results from the present study emphasize an important consideration prior to conducting studies on respiratory diseases in marmosets. Before experiments, an accurate and thorough determination of the health status of an animal is essential in order to diagnose any present pneumonia based on an infectious etiology. The exclusion of interstitial pneumonia or minimal inflammatory cell infiltration in the septa may, however, represent a particular challenge, especially in cases of non-infectious origin; this diagnosis will often only be histologically possible. When interpreting histologic findings in the context of animal experiments, it is important to consider the occurrence of preexisting inflammatory interstitial disease and to distinguish previous background lesions from trial-related changes.

Im Rahmen einer Kooperation zwischen dem Fraunhofer Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM), Hannover und dem Deutschen Primatenzentrum (DPZ), Göttingen existiert ein Projekt, in dem der Weißbüschelaffe als Tiermodell für chronische Atemwegserkrankungen des Menschen, u. a. COPD und Asthma, etabliert werden soll. Das Ziel dieser Arbeit war, das Spektrum der Lungenpathologie beim Weißbüschelaffen zu definieren, um pathologische Prozesse von möglichen „background lesions“ abzugrenzen. Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt lag in der Bestimmung gesundheitsrelevanter Pathogene des Respirationstraktes beim Weißbüschelaffen, deren Kenntnis der Gewährleistung eines definierten Gesundheitsstatus der für Versuche verwendeten Tiere dient. Retrospektiv wurde im Zeitraum von 1997 bis 2011 bei insgesamt 639 Tieren im Bestand der Weißbüschelaffenkolonie des DPZ das Spektrum von Lungenveränderungen mit Schwerpunkt auf entzündlichen Lungenveränderungen untersucht. Um die gewonnenen Erkenntnisse besser vergleichen zu können, wurden zwei weitere externe Tiergruppen in diese Untersuchung aufgenommen. Dabei handelte es sich um 38 Weißbüschelaffen der Universität Göttingen und um 34 Tiere einer externen Labortiereinrichtung. Die pathomorphologischen Diagnosen wurden zusammen mit den Ergebnissen der ätiologischen Untersuchungen (Mikrobiologie, Parasitologie) und tierspezifischen Informationen (Alter, Geschlecht, Vorbericht, Haltung) in Excel-Tabellen überführt und statistisch ausgewertet. Die Analysen ergaben, dass die Prävalenz für Pneumonien im Bestand des DPZ bei 35 % lag. Der Vergleich mit den ebenfalls ausschließlich indoor gehaltenen Tieren der externen Labortiereinrichtung ergab mit  53 % einen deutlich höheren Wert. Die Universitätstiere mit Zugang zu einem Außenbereich zeigten lediglich eine Prävalenz von 5 %. Die vorliegende Studie ergab, dass es sich bei den hauseigenen Tieren mit Lungenveränderungen vor allem um interstitielle Pneumonien (32 % der untersuchten Tiere) und um minimale Entzündungszellinfiltrate (10 % der untersuchten Tiere) handelte. Hinweise auf Infektionserreger fanden sich weder histologisch noch kulturell bakteriologisch. Statistische Untersuchungen zum Auftreten von minimalen Entzündungszellinfiltraten ergaben keine Geschlechts- oder Altersprädisposition. Signifikanzen zeigten sich jedoch bei den interstitiellen Pneumonien. Zum einen waren vor allem juvenile Tiere (10 Wochen bis 30 Monate) betroffen und zum anderen traten diese unterschiedlich oft in den beiden Tierhäusern des DPZ auf. Ein geringer Anteil der untersuchten DPZ-Tiere (4 %) wies alveoläre Pneumonien, bronchointerstitielle Pneumonien, granulomatöse Entzündungen oder Lungentumore auf. Ätiologisch konnten verschiedene Infektionserreger wie Streptokokken oder Bordetellen nachgewiesen werden. Darüber hinaus wurde anhand aktueller Sektionsfälle bei 22 DPZ-Tieren mithilfe molekularbiologischer Methoden versucht, Hinweise auf eine mögliche infektiöse Ätiologie der entsprechenden interstitiellen Läsionen zu erhalten, insbesondere im Hinblick auf eine Beteiligung viraler Pathogene, wie das Respiratorische Synzytialvirus A und B, Influenza A, Influenza B, Adenoviren, Enteroviren, Picornaviren, Pan Paramyxoviren und Masern. Bei zwei Tieren gelang der Nachweis des Maserngenoms aus tiefgefrorenem Lungengewebe. Die geringe Zahl der positiv getesteten Tiere kann nicht die hohe Prävalenz interstitieller Pneumonien der gesamten Tierkolonie erklären. Wahrscheinlicher ist es, dass deren Auftreten mit haltungsspezifischen Faktoren in Zusammenhang steht, zumal sich diese in Bezug auf die Luftwechselrate zwischen beiden Tierhäusern unterscheiden. In den neuen Tiereinheiten sollten daher die klimatischen Bedingungen untersucht und gegebenenfalls angepasst werden. Für in Versuchen für respiratorische Erkrankungen verwendete Weißbüschelaffen ergeben sich aus dieser Untersuchung folgende Aspekte. Vor Versuchsbeginn ist eine genaue Bestimmung des Gesundheitszustandes essenziell, um eventuelle vorliegende Pneumonien zu diagnostizieren, die auf einer infektiösen Genese beruhen. Der Ausschluss von interstitiellen Pneumonien oder minimalen Entzündungszellinfiltraten in den Septen kann allerdings, insbesondere bei einem nicht infektiösen Ursprung, eine besondere Herausforderung darstellen und wird oftmals nur histologisch möglich sein. Bei der Interpretation histologischer Befunde im Rahmen von Tierversuchen ist das Auftreten interstitieller entzündlicher Lungenveränderungen zu beachten und im Sinne von „background lesions“ von versuchsbedingten Veränderungen zu unterscheiden.

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Kunze, Marius Fabian: Retrospektive Untersuchungen zu Lungenveränderungen bei Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus) in einer Versuchstierkolonie. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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