Zucht und Haltung immundefizienter Mauslinien unter SPF-Bedingungen
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Aus dem Labor
Ein Plädoyer für individualisierte Belastungsanalysen und
Genehmigungsverfahren
Zucht und Haltung immundefizienter
Mauslinien unter SPF-Bedingungen
Thomas Kammertoens und Thomas Schüler
Zucht und Haltung immundefizienter Mäuse müssen gegenwärtig in Europa als Tierversuch beantragt werden.
Das zugrunde liegende Gesetz basiert auf der Annahme, dass Immundefizienz per se zur Beeinträchtigung des
Tierwohls führt, auch wenn die Mäuse frei von Infektionen gehalten werden. Allein die Annahme einer Infektions-
anfälligkeit bei potentiellen Hygieneeinbrüchen ist ausschlaggebend für die Genehmigungspflicht. Aktuelle Daten
zeigen nun, dass es für zwei schwer immundefiziente Mauslinien keine messbaren Hinweise für Belastungen unter
SPF-Bedingungen gibt. Im vorliegenden Artikel beleuchten wir diese neuen Erkenntnisse aus immunologischer Sicht
und diskutieren mögliche Konsequenzen für die Belastungsbeurteilung und Genehmigungsverfahren der Zucht und
Haltung immundefizienter Mäuse.
Schlüsselwörter: Immundefizienz, Belastungsanalyse, Tierexperiment, 3R, Infektionsrisiko
Die Zellen des Immunsystems zeich- schreibung einer adaptiven Immunant- RNA-Vakzinierungsstrategien, die aktuell
nen sich durch ein großes Maß an Mobi- wort macht deutlich, dass das Studium bei der SARS-CoV-2- Impfung Anwen-
lität aus. Dies ermöglicht es ihnen, nahezu des Immunsystems immer auch die sich dung finden, in Mäusen entwickelt [1]. In
jeden Ort im Körper zu erreichen, um zeitlich und räumlich verändernden mul- der immunologischen Forschung wird
dort Pathogene zu bekämpfen. Erfolgrei- tizellulären Interaktionen berücksichtigen häufig mit genetisch veränderten Mäusen
che Immunantworten beruhen auf dem muss, die zum Erfolg einer Immunantwort gearbeitet, die unter spezifisch Pathogen-
komplexen Zusammenspiel zahlreicher beitragen. Während modernste Zellkul- freien (SPF) Bedingungen [2] gehalten
Immunzelltypen an unterschiedlichen turtechniken und Computersimulationen werden. Gegenwärtig wird allerdings kon-
Orten im Körper. Die Initiation adaptiver durchaus dazu geeignet sein können, trovers diskutiert, inwieweit solche Mäuse
Immunantworten setzt z. B. die Einwan- zeitlich und räumlich isolierte Aspekte in SPF-Haltungen eine Belastung erfah-
derung peripherer dendritischer Zellen in biologischer Prozesse in vitro nachzuah- ren. Ausgangspunkt der Kontroverse ist
sekundäre lymphatische Organe (SLO) men, so gilt dies bisher noch nicht für das die 2010 verabschiedete EU-Richtlinie
voraus, wo es zur Aktivierung Pathogen- Studium von Immunantworten. Dem- zum Schutz der für wissenschaftliche
spezifischer naiver T-Zellen kommt. Nach nach können Immunologen auf absehba- Zwecke verwendeten Tiere (2010/63/EU).
ihrer Aktivierung verlassen sie als Effek- re Zeit nicht ganz auf Tiermodelle verzich- Sie legt fest, dass die Zucht transgener
tor-T-Zellen das SLO, um am Infektions- ten. Vor allem in der präklinischen For- Tiere genehmigungspflichtig ist, wenn die
ort das jeweilige Pathogen zu bekämpfen. schung spielen Tierversuche eine zentrale genetische Veränderung Schmerzen, Lei-
Allein diese äußerst oberflächliche Be- Rolle. So wurden beispielsweise moderne den, Ängste oder Schäden verursacht. Die
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mit der Auslegung dieser Richtlinie be- zu halten, um reproduzierbare Ergebnisse promised immune system“) problema-
auftragte Arbeitsgruppe legte 2013 fest, erzielen zu können. Um z. B. den Einfluss tisch. Es wird davon ausgegangen, dass
dass allein das Risiko, Schmerzen, Ängs- eines Gens auf den Verlauf einer Immun Veränderungen immunologisch relevan-
te oder Schäden zu erleiden, als genehmi- antwort bestimmen zu können, müssen ter Gene automatisch mit einem erhöhten
gungspflichtige Belastung einzustufen sei. Geschwistertiere mit bzw. ohne Gendefekt Infektionsrisiko einhergehen. Dabei wird
Basierend auf dieser Definition wurden verglichen werden. Definierte Haltungs- vernachlässigt, dass sowohl positive als
Zucht und Haltung von Tieren mit „ge- bedingungen sind hierbei von entschei- auch negative Rückkopplungsmechanis-
schwächtem Immunsystem“ aufgrund dender Bedeutung für die Interpretier- men miteinander vernetzt sein müssen,
einer vermeintlichen Infektionsgefahr und Reproduzierbarkeit der Experimente, um eine effiziente Immunantwort zu er-
genehmigungspflichtig. Dies gilt unab- da sie einen erheblichen Einfluss auf die möglichen. Diese komplexen regulatori-
hängig davon, ob diese Tiere in Abwesen- Funktionsweise des Immunsystem haben. schen Netzwerke helfen dabei, eine Im-
heit definierter infektiöser Erreger unter Nur so lassen sich Umwelteinflüsse (z. B. munantwort so zu steuern, dass Pathoge-
SPF-Bedingungen gehalten werden. In der Infektionen) als Ursache für
Richtlinie heißt es: "Genetisch veränderte Unterschiede zwischen den
Linien, bei denen das Risiko der Entwick- verglichenen Mauslinien
lung eines schädlichen Phänotyps (z. B. ausschließen und der Ein-
eine Tumorerkrankung mit fortschreiten- fluss des Gendefekts definie-
dem Alter; Infektionsgefahr aufgrund eines ren. Damit hilft die SPF-
geschwächten Immunsystems) unabhängig Haltung, die Reproduzier-
von dem angewandten Refinement (z. B. barkeit von Experimenten zu
Barrierebedingungen, Keulung im frühen gewährleisten, wodurch die
Alter, bevor der Tumor entsteht) bestehen statistische Signifikanz eines
bleibt, bedürfen gemäß Artikel 1 Absatz 2 Experiments mit weniger
ihrer Züchtung einer Projektgenehmigung, Tieren erzielt werden kann.
da die Anwendung des Refinements das Dies ist im Sinne des Tier-
Risiko nicht beseitigt“ [3]. Diese Argu- wohls und nach dem 3R-
mentation ist in mehrfacher Hinsicht Prinzip (formuliert von Wil-
problematisch, was in den folgenden Ab- liam Russell und Rex Burch
schnitten dargelegt wird. [4], erstellt unter der wissen-
Bildquelle: www.biorender.com
schaftlichen Anleitung des
SPF-Zuchten sind keine Refinementmaß- Immunologen Sir Peter
nahmen, sondern gute wissenschaftliche Medawar [5]) eine Reduktion, stellt aber ne eliminiert werden können, ohne dass
Praxis für das Individuum im Experiment kein dies zu Gewebsschäden führt. Daraus
Bei der Gleichsetzung von SPF-Barri- Refinement im klassischen Sinne dar. ergibt sich, dass es mindestens zwei Klas-
erehaltungen mit „Refinementmaßnah- Vielmehr handelt es sich bei der SPF- sen von immunologisch relevanten Ge-
men“ im Sinne des 3R-Konzepts [4] han- Haltung um einen wichtigen Beitrag zur nen geben muss, nämlich solche, die
delt es sich aus immunologischer Sicht um guten wissenschaftlichen Praxis. Immunantworten fördern, und solche,
eine Fehleinschätzung. Vielmehr sind die die überschießende Immunantworten
standardisierte Zucht und Haltung von Was ist ein geschwächtes Immunsystem? verhindern. In welche der beiden Katego-
Mäusen unter SPF-Bedingungen eine Können wir Infektionsresistenz voraus rien ein neu identifiziertes Gen fällt, ist
„conditio sine qua non“. Wie bei allen sagen? vorab nicht absehbar. Deshalb kann auch
naturwissenschaftlichen Experimenten An der Auslegung der EU-Richtlinie nicht davon ausgegangen werden, dass
gilt es auch bei Tierexperimenten, die ist vor allem auch die Definition eines die Infektanfälligkeit der entsprechenden
experimentellen Bedingungen konstant geschwächten Immunsystems („a com- Gen-defizienten Maus erhöht sein muss.
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Genauso könnte sie verringert oder auch fektion ist oder erkrankt und eine Belas- [10]. Es bleibt festzuhalten, dass die Belas-
unverändert sein. Des Weiteren gilt es zu tung erfährt. tungen unbehandelter immundefizienter
bedenken, dass Immunantworten in un- Mauslinien unter modernen Haltungsbe-
terschiedlichen Ausprägungen ablaufen Zucht und Haltung immundefizienter dingungen zwar variieren können, in den
können. Beispielsweise versterben im- Mauslininen – ein Plädoyer für die wenigsten Fällen jedoch messbare Belas-
munkompetente BALB/c-Mäuse an einer individualisierte Genehmigungspflicht tungen nachweisbar sind. Es erscheint
Infektion mit bestimmten Leishmania- Im Jahre 2013 wurde bereits das Risi- daher nicht mehr zeitgemäß, an der
Stämmen, da sie keine schützende TH1- ko, Schmerzen, Ängste oder Schäden zu pauschalen Belastungsdefinition und der
Antwort entwickeln können. Im Gegen- erleiden, als genehmigungspflichtige Be- Genehmigungspflicht für immundefizi-
satz dazu entwickeln immunkompetente lastung eingestuft. Wie oben erwähnt ente Mauslinien festzuhalten. Vielmehr
C57BL/6-Mäuse sehr effiziente TH1-Ant- können Schäden für immundefiziente schlagen wir individualisierte, linienspe-
worten und sind somit vor diesen Krank- Mäuse nicht ausgeschlossen werden, zifische Belastungsbeurteilungen [11] und
heitserregern geschützt [6]. Dies macht wenn der jeweilige Gendefekt effiziente Genehmigungsverfahren vor, wie sie auch
deutlich, dass selbst bei genetisch völlig Immunantworten gegen bestimmte bei anderen genetisch veränderten Maus-
unveränderten, voll immunkompetenten Krankheitserreger verhindert. Aufgrund linien Anwendung finden.
Tieren sowohl der genetische Hinter- der hohen Hygienestandards moderner
grund als auch der Erregertyp darüber SPF-Barrieren ist jedoch das Risiko einer Fazit
entscheiden, ob eine produktive Immun ungewollten Infektion extrem gering. Das Wohlergehen der für wissen-
antwort entstehen kann oder nicht. Gemessen an diesem sehr geringen Risi- schaftliche Zwecke verwendeten Tiere ist
Wie wir am Beispiel der aktuellen ko ist es schwer nachvollziehbar, weshalb sowohl ethisch geboten, als auch wissen-
SARS-CoV-2-Pandemie sehr gut beob- eine allgemeine Genehmigungspflicht für schaftlich notwendig. Bei genetisch ver-
achten können, gibt es auch beim Men- die Haltung und Zucht immundefizienter änderten Mäusen mit Immundefizienz
schen große Unterschiede hinsichtlich Mauslinien festgelegt wurde. wird in der EU gegenwärtig pauschal eine
der Immunantworten gegen einen be- Von einigen wenigen genetisch verän- Belastung auf Grund eines theoretisch
stimmten Krankheitserreger. Hier sind derten Mauslinien ist bekannt, dass sie erhöhten Infektionsrisikos definiert. In
von asymptomatischen über milde bis bereits ohne Behandlung Autoimmunität modernen Tierhaltungseinrichtungen
zu schweren Verläufen die unterschied- entwickeln. Dies ist insbesondere dann (SPF-Haltung) besteht für immundefizi-
lichsten Krankheitsbilder beschrieben. der Fall, wenn das inaktivierte Gen z. B. ente Mäuse ein verschwindend geringes
Wohlgemerkt handelt es sich hierbei in überschießende Immunantworten ver- Risiko, mit bestimmten Pathogenen in
den allermeisten Fällen um immun- hindert [7]. Für die übergroße Mehrzahl Kontakt kommen. Außerdem legen aktu-
kompetente Personen, die sich aber der unter SPF-Bedingungen gehaltenen elle Daten nahe, dass selbst schwere Im-
hinsichtlich ihrer Genetik und Lebens- immundefizienten Mäuse gibt es bisher mundefizienzen unter SPF-Bedingungen
umstände unterscheiden. Diese Beispie- aber keinerlei Hinweise auf Belastungen. keine messbaren Auswirkungen auf das
le sollen verdeutlichen, dass selbst für So zeigt beispielsweise der Vergleich di- Tierwohl haben. Es erscheint daher ange-
genetisch nicht manipulierte Individuen verser Zytokin- bzw. Immunzell-defizi- messen, für immundefiziente Mauslinien
der Grad ihrer Immunkompetenz ge- enter Mäuse mit genetisch unveränderten individualisierte, linienspezifische Belas-
genüber einem bestimmten Erreger Kontrolltieren zwar minimale Verände- tungsbeurteilungen [11] und Genehmi-
nicht vorhersehbar ist. Im Umkehr- rungen in der Darmflora, diese haben gungsverfahren einzuführen, wie dies
schluss bedeutet dies für die Definition aber keinen messbaren Einfluss auf die auch bei anderen genetisch veränderten
eines geschwächten Immunsystems laut Produktion pro- und anti-inflammatori- Mauslinien bereits üblich ist.
EU-Richtlinie, dass nicht vorhergesagt scher Zytokine [8, 9]. Außerdem konnten
werden kann, ob und unter welchen wir kürzlich zeigen, dass selbst schwer
Bedingungen eine genetisch veränderte immundefiziente Mäuse unter SPF-Be-
Mauslinie resistent gegenüber einer In- dingungen keinerlei Belastungen zeigen
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Literatur 8. Briesemeister, D., et al., Differences in serum
cytokine levels between wild type mice and mice
1. Hoerr I, Obst R, Rammensee HG, Jung G. In vivo with a targeted mutation suggests necessity of using
application of RNA leads to induction of specific control littermates. Cytokine, 2012. 60(3): 626-33.
cytotoxic T lymphocytes and antibodies. Eur J Immu-
nol., 2000. 30(1):1-7. 9. Thoene-Reineke, C., et al., Composition of intes-
tinal microbiota in immune-deficient mice kept in
2. FELASA working group on revision of guidelines three different housing conditions. PLoS One, 2014.
for health monitoring of rodents and rabbits, Mähler 9(11): p. e113406.
Convenor, M., Berard, M., Feinstein, R., Gallagher, A.,
10. Jeuthe, S., Kemna, J., Kemna, C. P., Zocholl, D.,
Illgen-Wilcke, B., Pritchett-Corning K. and Raspa, M.
Klopfleisch, R., Palme, R., Kirschbaum, C., Thoene-
Dr. rer. nat Thomas Kammertoens
FELASA recommendations for the health monitoring
of mouse, rat, hamster, guinea pig and rabbit colo- Reineke, C. and Kammertoens, T., Stress hormones Institut für Immunologie
nies in breeding and experimental units. Lab Anim., or general well-being are not altered in immune- Charité Campus Berlin Buch
deficient mice lacking either T- and B- lymphocytes
2014. 48(3):178-192.
or Interferon gamma signaling if kept under specific thomas.kammertoens@charite.de
3. Working Document on genetically altered animals pathogen free housing conditions. PLoS One, 2020.
der EU-Kommission vom 24.01.2013, https:// 15: e0239231.
ec.europa.eu/environment/chemicals/lab_animals/
pdf/corrigendum.pdf (abgerufen am 09.11.2020). 11. Empfehlung 002/2016 des Nationalen Ausschus-
ses TierSchG, Beurteilung der Belastung genetisch
4. Russell WMS, Burch RL. 1959. The principles of veränderter Mäuse und Ratten- Version 2 vom
humane experimental technique. Wheathampstead 09.09.2016. (abgerufen am 09.11.2020).
(UK): Universities Federation for Animal Welfare.
5. Hubrecht, R.C., Carter, E. The 3Rs and Humane
Experimental Technique: Implementing Change.
Animals 2019. 9:754.
6. Noben-Trauth, N., Paul, W. E. and Sacks, D. L.,
IL-4- and IL-4 receptor-deficient BALB/c mice reveal Prof. Dr. rer. nat. Thomas Schüler
differences in susceptibility to Leishmania major pa- Institut für Molekulare und Klinische
rasite substrains. J Immunol., 1999. 162: 6132-6140.
7. Waterhouse, P. et al., Lymphoproliferative disor-
Immunologie, Medizinische Fakultät,
ders with early lethality in mice deficient in Ctla-4. Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Science. 1995. 270(5238):985-8. thomas.schueler@med.ovgu.de
30th Annual Meeting of the Society for Virology
Gesellschaft für Virologie e. V.
und
Deutsche Vereinigung zur Bekämpfung
der Viruskrankheiten e. V.
Digital
24–26 March 2021
www.virology-meeting.de
© Mapics l AdobeStock
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