Establishment of aged animal models for SARS-CoV-2 research

Wirz, Katrin

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Establishment of aged animal models for SARS-CoV-2 research

German
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Die COVID-19-Pandemie, verursacht durch SARS-CoV-2, verdeutlicht die Risiken neuer luftübertragbarer Krankheitserreger. Besonders ältere Menschen sind betroffen, da die Infektion eine überschießende Immunreaktion hervorruft, die das Lungengewebe schädigt und zu einem akuten Atemnotsyndrom (ARDS) führen kann. Dies beeinträchtigt den Gasaustausch und verursacht Hypoxie im Gewebe, was Zellen vielfältig beeinflussen kann. Zur Untersuchung dieser Prozesse und der altersbedingten Unterschiede im Krankheitsverlauf sind Tiermodelle unerlässlich. Deshalb war es das Ziel dieser Studie, Tiermodelle zu entwickeln, die ältere COVID-19-Patienten repräsentieren. SARS-CoV-2-infizierte ältere Hamster und Frettchen zeigten altersbedingt schwerere klinische Symptome sowie teilweise längere Virusausscheidung und ausgeprägtere pathologische Veränderungen. Weitere Untersuchungen ergaben, dass bei alten Hamstern Veränderungen im Lipidstoffwechsel des Darmgewebes auftraten, während Frettchen für NET-Analysen ungeeignet erschienen. Eine neue Methode zur In-vivo-Sauerstoffmessung wurde an Frettchen und Hamstern getestet. Während die Methode bei Hamstern unzuverlässig war, wiesen infizierte Frettchen signifikant niedrigere Sauerstoffwerte im Lungengewebe auf als die Kontrollgruppe. Diese Ergebnisse bieten wertvolle Einblicke in hypoxische Bedingungen während der Infektion und könnten die Entwicklung besserer In-vitro-Modelle fördern, um Tierversuche langfristig zu reduzieren. Die Entwicklung dieser Modelle unter BSL-3-Bedingungen stellt hohe Anforderungen an das Datenmanagement, die Tierhaltung sowie an die Anwendung von Ersatzmethoden. Daher sind exzellentes Management und ein ausgeprägter Fokus auf Tier- sowie Mitarbeiterwohl unerlässlich, um eine „Culture of Care“ zu gewährleisten. Ein praktisches Beispiel hierfür lieferte eine Pilotstudie mit Spürhunden zur Detektion von SARS-CoV-2, bei der Tierversuchsproben wiederverwendet wurden. Zusammenfassend konnten im Rahmen der Teilprojekte gealterte Tiermodelle und eine Sauerstoffmessmethode in-vivo erfolgreich etabliert werden. Dank gutem Management war es zudem möglich, Proben aus diesen Versuchen für andere wissenschaftliche Zwecke wiederzuverwenden.

The COVID-19 pandemic, caused by SARS-CoV-2, highlights the risks posed by new airborne pathogens. Older individuals are particularly affected, as the infection triggers an exaggerated immune response that damages lung tissue and can lead to acute respiratory distress syndrome (ARDS). This impairs gas exchange and causes tissue hypoxia, which can affect cells in various ways. Animal models are essential for studying these processes and the age-related differences in disease progression. Therefore, the goal of this study was to develop animal models that represent older COVID-19 patients. SARS-CoV-2-infected older hamsters and ferrets displayed age-related more severe clinical symptoms, as well as longer viral shedding and more pronounced pathological changes. Further investigations revealed that older hamsters showed changes in lipid metabolism in gut tissue, while ferrets were unsuitable for NET analysis. A new method for in vivo oxygen measurement was tested on ferrets and hamsters. While the method was unreliable in hamsters, infected ferrets showed significantly lower oxygen levels in the lung tissue compared to the control group. These results provide valuable insights into hypoxic conditions during infection and could foster the development of better in vitro models to reduce animal testing in the long term. The development of these models under BSL-3 conditions requires high standards of data management, animal husbandry, and the application of alternative methods. Therefore, excellent management and a strong focus on animal and employee welfare are essential to ensure a "Culture of Care." A practical example of this was provided by a pilot study using scent dogs to detect SARS-CoV-2, where animal test samples were reused. In summary, in the subprojects aged animal models and an in vivo oxygen measurement method were established successfully. Due to good management, it was also possible to reuse samples from these experiments for other scientific purposes.