Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 19.06.2018

Practical approaches for refinement and reduction of animal experiments with bank voles in prion research

Praktische Ansatzpunkte zur Verbesserung und Verringerung von Tierversuchen mit Rötelmäusen in der Prionforschung

Summary
The bank vole (Myodes glareolus) is by far not as common a laboratory rodent as mice or rats. Recently, however, bank voles have increasingly emerged as a powerful infection model for prion diseases such as human Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) or chronic wasting disease (CWD) of cervids. The susceptibility of bank voles to infections with a variety of prion isolates from different host species will substantially facilitate research into prion diseases and their causative agents. To pro-actively promote a reduction of prion bioassays in bank voles against this background, we examined protein misfolding cyclic amplification (PMCA) using brain homogenate from normal bank voles as reaction substrate for its suitability as a possible in vitro alternative. PMCAs using bank vole brain homogenate as substrate (bvPMCAs) are known to be highly vulnerable to false-positive results. Such false-positive readouts predominantly result from inadvertent crosscontamination and unspecific seeding with minute amounts of prion agents such as 263K scrapie which are often present in prion research laboratories. For tackling this problem that potentially impedes a broader application of bvPMCA, we describe bvPMCA conditions that were ultra-sensitive to 263K scrapie prions and yet highly robust against inadvertent cross-contamination. With respect to refinement, we implemented refined housing conditions that prevented the occurrence of stereotypies in bank voles, and procedures which allowed a virtually stress-free handling when subjecting these animals to laboratory procedures such as weighing or inhalation of anaesthetics. These refinements can improve the welfare of bank voles in prion laboratories and other fields of research.

Keywords
Protein misfolding cyclic amplification (PMCA), 263K scrapie, stereotypy, housing, handling

Zusammenfassung
Die Rötelmaus (Myodes glareolus) ist bei weitem kein so häufig verwendeter Labornager wie beispielsweise Mäuse oder Ratten. Allerdings haben sich Rötelmäuse seit einiger Zeit zunehmend als leistungsstarkes Infektionsmodell für Prionkrankheiten wie die menschliche Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJK) oder die Chronic Wasting Disease (CWD) der Hirsche herausgestellt. Die Suszeptibilität von Rötelmäusen für Infektionen mit einem breiten Spektrum unterschiedlicher Prionisolate aus verschiedenen Wirtsspezies kann erheblich dazu beitragen, die Erforschung von Prionkrankheiten und ihrer Erreger zu erleichtern. Um vor dem Hintergrund dieser Entwicklung proaktiv eine Verringerung von Rötelmaus-Infektionsversuchen in der Prionforschung voranzutreiben, haben wir die „Protein Misfolding Cyclic Amplification“-Technik (PMCA) mit Hirnhomogenat aus normalen Rötelmäusen als Reaktionssubstrat auf ihre Eignung als mögliche in vitro-Alternative untersucht. PMCAs mit Rötelmaus-Reaktionssubstrat (bvPMCAs, bv steht für engl. „bank vole“) sind bekanntermaßen hoch anfällig für falsch-positive Ergebnisse. Diese beruhen vor allem auf Kreuzkontaminationen und unspezifischem „Seeding“ mit Spuren von Prioninfektiosität, wie sie beispielsweise in Form von 263K Scrapie-Prionen häufig in Prionlaboren vorkommen. Um dieses Problem, das einer breiteren Nutzung der bvPMCA bisher potentiell im Wege steht, zu lösen, beschreiben wir Reaktionsbedingungen, unter denen wir bvPMCAs mit hoher Sensitivität für 263K Scrapie-Prionen frei von unerwünschten Kreuzkontaminationen durchführen konnten. Daneben stellen wir zur Verbesserung der Zucht, Haltung und Behandlung von Rötelmäusen Möglichkeiten für eine verbesserte Unterbringung und einen schonenderen Umgang vor. Diese erlauben es, das Auftreten von Stereotypien zu vermeiden, bzw. Rötelmäuse etwa beim Wiegen oder der Inhalation von Anästhetika weitgehend stressfrei zu halten. Die vorgestellten praktischen Ansätze zum Refinement lassen sich nicht nur in Prionlaboren
sondern auch in anderen Forschungsbereichen nutzen.

Schlüsselwörter
Protein misfolding cyclic amplification (PMCA), 263K Scrapie, Stereotypie, Unterbringung, Handling

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