Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Identifizierung der Abstoßungsparameter porciner Langerhans-Inseln im hu-MNC-SCID-NOD-Mausmodell

Stührenberg, Werner

This study is about the development of an animal model in which the rejection of xenogenic transplanted porcine islets by human immune cells can be examined in vivo. For this the study is divided into two experimental stages: the pre-experimental phase and the main experimental phase. The pre-experimental phase is necessary to answer the following questions, which are the basis of the main experimental phase. 1.)               Is the diabetes mellitus induced by Streptozotocin constant in the SCID-NOD-mouse? 2.)               Are transplanted porcine islet able to heal the artificially induced diabetes? 3.)               Are only the transplanted porcine islets responsible for the healing of the artificially induced diabetes. 4.)               Which transplantation protocol is able to establish functioning human MNCs in the SCID-NOD-mouse best? 5.)               Is the composition of humane MNCs in the hu-MNC-SCID-NOD-mouse comparable to the composition of MNCs in the human blood? During the main experimental phase three questions which are essential for the development of the model are to be answered. 1.)               Will porcine islets of langerhans be rejected by human MNCs in the hu-MNC-SCID-NOD mouse model? 2.)               Which parameters enable us to identify the beginning of the rejection process? 3.)               Is hu-MNC-SCID-NOD mouse model, in which the porcine islets are transplanted, a useful in vivo model for the examination of the rejection process of islets of langerhans? The following insights could be gained: In the pre-experimental phase it became clear that an artificial induced diabetes can be induced permanently in the SCID-NOD mouse with the help of STZ and that transplanted porcine islets can heal the induced diabetes permanently. They are also able to regulate the glucose metabolism of the mouse steadily. The transplanted porcine islets are the only insulin-producing source, so that the examined parameters can be used to draw conclusions about the islets status. The pancreas of the mouse does not recover its function. Furthermore high amounts of functioning human MNCs can be established in mouse blood and lymphoid organs by using a modified reconstitution protocol (RP-III). The composition of humane MNCs in the spleen of hu-MNC-SCID-NOD-mice is comparable to the composition of MNCs in the human blood. In the main experimental phase it became clear that xenogen transplanted porcine islets of langerhans are rejected by human MNCs in the hu-MNC-SCID-NOD mouse. The following parameters, which document the beginning rejection process could be identified: 1.)               The occurrence of pathologic glucose tolerance. 2.)               The decrease of insulin secretion after provocative glucose stimulation 3.)               The partial rise of blood glucose in some animals. 4.)               The infiltration of the porcine islet transplant by human MNCs. The hu-MNC-SCID-NOD mouse model, in which the porcine islets are transplanted and wich is reconstituted with the RP-III, may be considered as a useful in vivo model for the examination of the human xenogenic immune response against porcine islets. Besides advantages and disadvantages of this animal model, suggestions for further improvements and also possible applications for the future are discussed within this study.

Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Tiermodells, an dem in-vivo die Abstoßung eines xenogenen, porcinen Inseltransplantates durch ein humanes „Immunsystem“ untersucht werden kann. Die Arbeit wurde hierzu in zwei Versuchsphasen, die Vorversuchsphase und die Hauptversuchsphase eingeteilt. Die Vorversuchsphase diente der Klärung folgender Fragen als Basis für die Hauptversuchsphase: 1.)               Ist ein durch Streptozotozin (STZ) induzierter Diabetes mellitus in der SCID-NOD-Maus konstant? 2.)               Kann durch die Transplantation porciner Inseln eine Normalisierung des Blutzuckerspiegels in STZ-diabetischen SCID-NOD-Mäusen erreicht werden? 3.)               Sind allein die transplantierten Inseln für die Normalisierung des Blutzuckerspiegels verantwortlich oder kommt es nach der Transplantation zu einer Regeneration der mauseigenen Inseln? 4.)               Welches MNC-Rekonstitutionsprotokoll etabliert die höchsten Anteile funktionstüchtiger, humaner MNCs in der SCID-NOD-Maus und erreicht die höchste Rekonstitutionsrate? 5.)               Ist die Zusammensetzung des humanen MNC-Transplantates in der hu-MNC-SCID-NOD-Maus mit der Zusammensetzung der MNCs im Menschen vergleichbar? In der Hauptversuchsphase sollten drei Fragen geklärt werden, die über das Potential dieses Modells Auskunft geben. 1.)               Werden porcine Langerhans’sche Inseln im hu-MNC-SCID-NOD-Mausmodell durch humane MNCs abgestoßen? 2.)               Anhand welcher Parameter (Glukosetoleranz, Insulinmessung, Blutzuckermessung, Histologie) kann eine einsetzende Abstoßung im hu-MNC-SCID-NOD-Mausmodell identifiziert werden? 3.)               Besitzt die inseltransplantierte hu-MNC-SCID-NOD-Maus das Potential für ein brauchbares in-vivo-Modell zur Untersuchung der humanen Abstoßungreaktion gegen porcine Langerhans’sche Inseln? Folgende Erkenntnisse konnten erzielt werden: In der Vorversuchsphase wurde deutlich, dass ein künstlicher Diabetes mittels Streptozotozin stabil in der SCID-NOD-Maus induziert werden kann (Kap. 5.1.1) Transplantierte, porcine Inseln können den erzeugten Diabetes in der SCID-NOD-Maus dauerhaft heilen und sind in der Lage den Zuckerstoffwechsel der Maus stabil zu regulieren (Kap. 5.1.2). Die transplantierten, porcinen Inseln stellen die einzige Insulinquelle dar (Kap. 5.1.3), sodass die im Hauptversuch zu untersuchenden Parameter direkte Rückschlüsse auf den Zustand der Inseln zulassen. Der mauseigene Pankreas erholt sich nicht. Des Weiteren können mit einem modifizierten Rekonstitutionsprotokoll (RP-III) hohe Anteile funktionierender, humaner MNCs im Mausblut und in lymphatischen Organen etabliert werden (Kap. 5.1.4.1, 5.1.4.4 und 5.1.4.6 ). Die Zusammensetzung der humanen MNCs in der Milz der hu-MNC-SCID-NOD-Maus gleicht annähernd der des humanen Blutes (Kap. 5.1.4.7). In der Hauptversuchsphase wurde deutlich, dass xenogen transplantierte, porcine Langerhans’sche Inseln in der hu-MNC-SCID-NOD-Maus von humanen MNCs abgestoßen werden. Als Parameter, die die Dokumentation der Abstoßung im hu-MNC-SCID-NOD-Mausmodell zulassen, konnten identifiziert werden: 1.)               Das Auftreten von pathologischer Glukosetoleranz (Kap. 5.2.1.1) 2.)               Der Abfall der Insulinsekretion nach einem Glukosestimulus (Kap. 5.2.1.2) 3.)               Der partielle Anstieg des Blutzuckerspiegels bei einigen Tieren (Kap. 5.2.1.3) 4.)               Die Infiltration des porcinen Inseltransplantates mit humanen MNCs (Kap. 5.2.1.4) Das hier vorgestellte inseltransplantierte und durch das RP-III rekonstituierte hu-MNC-SCID-NOD-Mausmodell besitzt damit das Potential für ein in-vivo-Modell zur Untersuchung der humanen, xenogenen Immunantwort gegen porcine Inseln (Kap.5.3). Innerhalb der Arbeit werden neben denVor–und Nachteilen dieses Modells Verbesserungen sowie ein Ausblick für zukünftige Anwendungen diskutiert.

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Stührenberg, Werner: Identifizierung der Abstoßungsparameter porciner Langerhans-Inseln im hu-MNC-SCID-NOD-Mausmodell. Hannover 2005. Tierärztliche Hochschule.

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