Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Charakterisierung eines Mausmodells für Malaria-induzierte Epileptogenese

Mehler, Simone

Malaria ist eine tropentypische Krankheit und weltweit eine der bedeutendsten Infektionskrankheiten. Die Infektion mit Malaria-Erregern, Parasiten der Gattung Plasmodium, führt bei ungefähr 1% bis 7% aller symptomatischen Infektionen zu einer schweren Malaria. Zerebrale Malaria (CM) stellt die schwerwiegendste Form der schweren Malaria dar und ist eine der häufigsten Ursachen für eine Infektion des zentralen Nervensystems. Fünf bis 17% aller Patienten, die eine CM überleben, erkranken im Verlauf ihres Lebens an einer Epilepsie. Daher wird die Erkrankung mit einer zerebralen Malaria als eine bedeutende Ursache einer Epilepsie gesehen. Die Ursachen für eine Epilepsie nach einer CM sind bis heute unbekannt. Teilziel dieser Doktorarbeit war ein Mausmodell für die Epileptogenese nach experimenteller CM im Labor des Instituts der Pharmakologie und Pharmazie der Tierärztlichen Hochschule in Hannover zu etablieren. Weitere Ziele waren es zu überprüfen, ob Mäuse mit einer Malaria-induzierten Epilepsie Verhaltensauffälligkeiten aufweisen und zu überprüfen, ob Mäuse mit Malaria-induzierter Epilepsie neuroinflammatorische und neurodegenerative Veränderungen aufweisen. In zwei Experimenten erfolgte die Infektion von vier Wochen alten C57BL/6 Mäuse mit Malaria, durch die intraperitoneale Injektion von mit Plasmodium berghei ANKA (PbANKA)-infizierten Erythrozyten. In den Tagen nach der Infektion wurden die Mäuse zwei Mal täglich klinisch mit einem modifizierten SHIRPA-Scoring für die Diagnostik der CM untersucht. In Experiment 1 wurden die Mäuse sobald die Diagnose einer CM gestellt wurde mit dem Wirkstoff Artesunat behandelt. Die Mäuse, bei denen keine Diagnose einer CM gestellt werden konnte und Sham Mäuse wurden ab Tag 10 nach der Infektion mit dem Wirkstoff behandelt. In der dritten Woche nach der Infektion wurden den Mäusen in einer stereotaktischen Operation bipolare Elektroden im Cortex implantiert, damit zu verschiedenen Zeitpunkten im Versuchsablauf eine EEG- und Videoüberwachung durchgeführt werden konnte. Um das Auftreten und die Ausprägung von epilepsietypischen Verhaltenskomorbiditäten zu ermitteln, wurden mit den Mäusen verschiedene Verhaltenstests durchgeführt (Open field Test, Elevated Plus Maze Test, Morris Water Maze Test, Saccharose Consumption Test). In der 32. Woche nach der Infektion wurden die Mäuse, inclusive adulter, naiver Kontrollmäuse transkardial perfundiert und die Gehirne wurden entnommen. In Experiment 2 wurden die Mäuse, wenn eine CM diagnostiziert wurde direkt transkardial perfundiert und die Gehirne anschließend entnommen. Alle Mäuse, bei denen keine CM diagnostiziert werden konnte, wurden an Tag 10 nach der Infektion in einer tiefen Narkose transkardial perfundiert und die Gehirne wurden entnommen. Alle Gehirne wurden histologischen und immunhistochemischen Färbungen unterzogen und anschließend lichtmikroskopisch ausgewertet. Die Verhaltensversuche ergaben, dass eine Infektion mit PbANKA bei Mäusen zu Verhaltensauffälligkeiten führte wie ein vermindertes Explorations- und vermehrtes Angst-assoziiertes Verhalten. In der EEG- und Videoüberwachung zeigten sowohl Mäuse mit einer CM als auch Mäuse ohne eine CM zum einen konvulsive Anfälle, aber auch nicht konvulsive Anfälle. Bei den immunhistologischen Untersuchungen GFAP und IbA1 wurden eine Astrozyten- und Mikrogliaaktivierung bei den PbANKA-infizierten Mäusen mit einer CM entdeckt. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass ein murines Model für Malaria-induzierte Epileptogenese im Institut der Pharmakologie und Pharmazie der Tierärztlichen Hochschule in Hannover erfolgreich etabliert wurde.

Malaria is a tropical disease and one of the most important infectious diseases worldwide. Approximately 1% to 7% of all symptomatic infections with Plasmodium parasites, the malaria pathogens, lead to severe malaria. Cerebral malaria (CM) is the most serious form of severe malaria and it is one of the most common causes of infection of the central nervous system. Between 5% and 17% of all patients surviving CM develop epilepsy sometime in their lifetime. Therefore, CM is seen as one of the main causes for epilepsy. Even though the causes for developing Epilepsy after an infection with CM are still unknown. A partial goal of this doctoral thesis was to establish a murine model for epileptogenesis after surviving experimental CM in the laboratory of the Institute of Pharmacology and Pharmacy of the University of Veterinary Medicine in Hanover. Other partial goals were to check whether mice with malaria-induced epilepsy show behavioural abnormalities and to check whether mice with malaria-induced epilepsy show neuroinflammatory and neurodegenerative changes. The murine model is based on two sets of experiments. In both experiments four-week-old C57BL/6 mice were infected with malaria through intraperitoneal injections of Plasmodium berghei ANKA (PbANKA)-infected erythrocytes. After infection all mice were reviewed twice a day and scored to be able to diagnose CM. In experiment one each mouse was treated with artesunate as soon as the diagnosis CM was made. Mice not diagnosed with CM and a group of Sham mice as well, were treated with artesunate beginning on day ten after infection. In the third week after infection, bipolar electrodes were implanted in the cortex of all mice through a stereotactic operation to be able to carry out EEG and video monitoring at different stages of testing. In order to determine occurrence and severity of epileptic behavioral comorbidities, various behavioral tests were performed with the mice (Open Field Test, Elevated Plus Maze Test, Morris Water Maze, Saccharose Consumption Test). In week 32 after infection, the mice were executed through a transcardial perfusion under deep anesthesia, and their brains were extracted. Likewise happened with age-appropriate naive control mice and the Sham mice at the same time. In experiment two in the case of a diagnosis with CM the mouse was directly transcardially perfused. All mice not diagnosed with CM were transcardially perfused on the tenth day after infections under deep anesthesia. The brains of all perfused mice were removed and histologically processed. The brains were subjected to histological and immunohistochemical staining. Subsequently the staining was assessed through a light microscope. Behavioral experiments from the beginning showed that an infection of mice with PbANKA lead to behavioral abnormalities like a reduced exploration and increased anxiety-associated behavior. EEG and video surveillance displayed mice with convulsive seizures but also non-convulsive seizures. The immunohistology studies GFAP an lbA1 detected an astrocyte and microglia activation in PbANKA-infected mice with CM. In summary it can be said that a murine model for malaria-induced epileptogenesis was successfully established throughout the course of this doctoral theses, here at the Institute of Pharmacology and Pharmacy of the University of Veterinary Medicine in Hannover in Germany.

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Mehler, Simone: Charakterisierung eines Mausmodells für Malaria-induzierte Epileptogenese. Hannover 2019. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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