Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Histologische und immunhistochemische Charakterisierung einer experimentellen persistierenden Helicobacter pylori-Infektion bei Rhesusaffen (Macaca mulatta)

Runge, Frank

Nowadays a Helicobacter pylori infection is considered worldwide as one of the most often occurring infectious diseases of men. Up to 50 % of the human population of industrial countries and about 80 % of the population of developing countries are infected with the bacterium H. pylori. In the past few years numerous animal models were established in order to be in a position to develop new strategies for the controlling of this pathogenic agent. Here the rhesus monkeys proved to be a particularly suitable animal model. The animals are a natural host for H. pylori and their immune system is very similar to that of men. Comparable anatomical preconditions and the size of animals enable endoscopic interventions and the taking of biopsies. The long life span of the animals is the precondition for longitudinal studies, which are very important especially in chronic infectious diseases. The aim of the present paper was to compile and to analyze the results of a 5-year longterm study of an experimental H. pylori infection in rhesus monkeys. The study intended to investigate whether it was possible to maintain the experimental infection during this long period of time and to find out the effects for the animals. Three rhesus monkeys were experimentally infected with six human pathogenic H. pylori lines and a H. pylori line adapted to rhesus monkeys. For a primary infection three lines were applied intragastrically and were observed for 3,5 years by means of endoscopically taken biopsies. Only the human pathogenic isolate BO417 could be reisolated throughout a period of at least two years in all three animals. The superinfection which was effected 3,5 years after the primary infection with three human pathogenic and one H. pylori line specific for rhesus monkeys resulted in a complete replacement of the line BO417 whilst the human pathogenic H. pylori line CC28c and the rhesus monkey isolate MM1303 were discovered at different times more than one year after the superinfection. Different cultural, histological and molecularbiological methods were used for the proof of the diverse isolates. The diverse methods of proof were supplemented by pathomorphological investigations of the biopsies. Chronically active gastritides could be proved in a mild to moderate intensity, which gradually increased in the course of the infection. Additionally immunohistochemical investigations (CD3, CD20, CD68) were effected as from week 20 after the H. pylori superinfection. They showed a clear local mucous membrane reaction, dominated by T-lymphocytes. However, it has to be mentioned in this context that the animal used as control also showed slight symptoms of a gastritis, which possibly can be traced back to a spontaneous colonization with large gastrointestinal spirals (LGIS). It was not possible to permanently repress these LGIS by means of an eradication therapy carried out in all animals. The present results show that it is possible to experimentally maintain a persistent longterm infection with H. pylori for five years. In experimental infections it also has to be taken into consideration to select suitable H. pylori lines. Rhesus monkey specific H. pylori lines seem to be advantageous. In experimental investigations interactions with LGIS have to be taken into consideration. In view of these facts the rhesus monkey is an excellent animal model for the investigation of pathogenetic courses in H. pylori infections and for the development of new strategies for the control of this human pathogenic agent.

Eine Infektion mit Helicobacter pylori gilt weltweit als eine der am häufigsten vorkommenden Infektionskrankheiten des Menschen. Bis zu 50 % der menschlichen Bevölkerung der Industrieländer und etwa 80 % der Bevölkerung der Entwicklungsländer ist mit dem Bakterium H. pylori infiziert. Um neue Strategien zur Bekämpfung dieses pathogenen Erregers entwickeln zu können, wurden in den vergangenen Jahren zahlreiche Tiermodelle etabliert. Dabei hat sich der Rhesusaffe als ein besonders geeignetes Tiermodell herausgestellt. Die Tiere stellen einen natürlichen Wirt für H. pylori dar und ihr Immunsystem ist dem des Menschen sehr ähnlich. Vergleichbare anatomische Voraussetzungen und die Größe der Tiere erlauben endoskopische Eingriffe und Biopsieentnahmen. Die lange Lebenspanne der Tiere schafft die Voraussetzung für longitudinale Studien, welche gerade bei chronischen Infektionskrankheiten sehr wichtig sind. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Ergebnisse der fünfjährigen Langzeitstudie einer experimentellen H. pylori-Infektion an Rhesusaffen zusammenzustellen und auszuwerten. An diesem Tiermodell sollte untersucht werden, ob die experimentelle Infektion über diesen langen Zeitraum aufrecht erhalten werden konnte und welche Auswirkungen dies für das Tier hatte. Vor diesem Hintergrund wurden drei Rhesusaffen experimentell mit sechs humanpathogenen H. pylori-Stämmen und einem Rhesus-adaptierten H. pylori-Stamm infiziert. In einer Primärinfektion wurden drei Stämme intragastral appliziert und über dreieinhalb Jahre mittels endoskopisch gewonnener Biopsien verfolgt. Dabei stellte sich heraus, dass nur das humanpathogene Isolat BO417 über einen Zeitraum von mindestens zwei Jahren in allen drei Tieren zu reisolieren war. Bei der dreieinhalb Jahre nach der Primärinfektion erfolgten Superinfektion mit drei humanpathogenen und einem Rhesusaffen spezifischen H. pylori-Stamm konnte eine vollständige Verdrängung des Stammes BO417 erreicht werden, während der humanpathogene H. pylori-Stamm CC28c und das Rhesusaffenisolat MM1303 über ein Jahr nach der Superinfektion zu unterschiedlichen Zeitpunkten festgestellt wurden. Zum Nachweis der verschiedenen Isolate kamen unterschiedliche kulturelle, histologische und molekularbiologische Methoden zum Einsatz. Die verschiedenen Nachweismethoden wurden durch pathomorphologische Untersuchungen an den Biopsien ergänzt. Es ließen sich chronisch aktive Gastritiden in gering- bis mittelgradiger Intensität nachweisen, die im Verlaufe der Infektion graduell zunahmen. In Ergänzung dazu wurden immunhistochemische Untersuchungen (CD3, CD20, CD68) durchgeführt, die eine deutliche T-Lymphozyten-dominierte lokale Schleimhautimmunantwort ab der 20. Woche nach der H. pylori-Superinfektion zeigten. Allerdings ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, dass auch das eingesetzte Kontrolltier leichte Anzeichen einer Gastritis aufwies, die möglicherweise auf eine spontane Besiedlung mit Large Gastrointestinal Spirals (LGIS) zurückzuführen ist. Diese LGIS ließen sich durch eine bei allen Tieren durchgeführte Eradikationstherapie nicht dauerhaft zurückdrängen. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass eine persistierende Langzeitinfektion mit H. pylori experimentell über fünf Jahre aufrecht erhalten werden kann. Bei experimentellen Infektionen ist aber auch auf die Auswahl geeigneter H. pylori-Stämme zu achten. Von Vorteil scheinen Rhesusaffen spezifische H. pylori-Stämme zu sein. Bei experimentellen Untersuchungen sind Interaktionen mit LGIS zu berücksichtigen. Unter diesen Voraussetzungen bietet der Rhesusaffe ein hervorragendes Tiermodell, um pathogenetische Abläufe bei der H. pylori-Infektion zu untersuchen und um neue Strategien zur Bekämpfung dieses humanpathogenen Erregers zu entwickeln.

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Runge, Frank: Histologische und immunhistochemische Charakterisierung einer experimentellen persistierenden Helicobacter pylori-Infektion bei Rhesusaffen (Macaca mulatta). Hannover 2004. Tierärztliche Hochschule.

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