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

Histologische und immunhistochemische Charakterisierung einer experimentellen persistierenden Helicobacter pylori-Infektion

bei Rhesusaffen (Macaca mulatta)

I N A U G U R A L – D I S S E R T A T I O N

Zur Erlangung des Grades eines DOKTORS DER VETERINÄRMEDIZIN

(Dr. med. vet.)

durch die Tierärztliche Hochschule Hannover

Vorgelegt von Frank Runge

aus Liebenau

Hannover 2004

Wissenschaftliche Betreuung:

Univ. Prof. Dr. F.-J. Kaup

1. Gutachter: Univ. Prof. Dr. F.-J. Kaup 2. Gutachter: PD Dr. R. Goethe

Tag der mündlichen Prüfung: 22.11.2004

2 Literaturübersicht ... 13

2.1 Helicobacter pylori... 13

2.1.1 Vakuolisierendes Zytotoxin VacA ... 13

2.1.2 cag-Pathogenitätsinsel ... 14

2.1.3 Lipopolysaccharide und Membranproteine ... 15

2.1.4 Flagellen ... 16

2.2 Tiermodelle für Helicobacter pylori-Infektionen... 16

2.2.1 Mäuse (Mus musculus)... 17

2.2.2 Ratten (Rattus norvegicus) ... 20

2.2.3 Gerbile (Meriones unguiculatus) ... 21

2.2.4 Meerschweinchen (Cavia aperea) ... 23

2.2.5 Katzen (Felis silvestris catus) ... 25

2.2.6 Hunde (Canis lupus familiaris) ... 27

2.2.7 Schweine (Sus scrofa domesticus)... 29

2.2.8 Nichthumane Primaten ... 32

2.2.8.1 Paviane (Papio spp.) und Schimpansen (Pan troglodytes)... 32

2.2.8.2 Japanmakaken (Macaca fuscata) ... 33

2.2.8.3 Rhesusaffen (Macaca mulatta) ... 35

3 Eigene Untersuchungen ... 41

3.1 Material und Methoden ... 41

3.1.1 Tiermaterial... 41

3.1.2 Infektiöse Bakterienstämme ... 42

3.1.3 Eradikationstherapie ... 43

3.1.4 Apparative Hilfsmittel der Probengewinnung ... 44

3.1.5 Gastroskopie ... 45

3.1.5.1 Vorbereitung der Tiere und Narkose... 45

3.1.5.2 Durchführung der Gastroskopie... 45

3.1.6 Endoskopische Probennahme ... 46

3.1.8 Versuchsplan der Infektionen und Biopsienahmen... 48

3.1.9 Anlegen einer Bakterienkultur zur Infektion ... 50

3.1.10 Bestimmung der infektiösen Dosis... 50

3.1.11 Mikrobiologische Untersuchungen... 51

3.1.11.1 Bakterienkultur... 51

3.1.11.2 Ureasetest ... 51

3.1.12 Lichtmikroskopische Untersuchungen ... 52

3.1.12.1 Biopsiematerial ... 52

3.1.12.2 Nachweis von Large Gastrointestinal Spirals... 53

3.1.12.3 Objektträgerausstriche... 53

3.1.13 Immunhistochemische Untersuchungen ... 53

3.1.13.1 Immunhistochemische Markierung von Zellen... 53

3.1.13.2 Quantitative Bestimmung der immunhistochemischen ... 54

Untersuchungen ... 54

3.1.14 Serologische Untersuchungen... 55

3.1.15 Auswertung und Dokumentation... 56

3.1.16 Elektronenmikroskopische Präparation ... 56

3.1.16.1 Biopsien ... 56

3.1.16.2 „Negative staining“ ... 57

3.1.17 Molekularbiologische Untersuchungen ... 57

3.1.17.1 DNA-Isolierung von H. pylori aus Magenbiopsien... 58

3.1.17.2 Primer ... 59

3.1.17.3 Polymerase-Kettenreaktion (PCR)... 61

3.1.17.4 Sequenzierung... 62

3.1.17.5 Parameter der Stammidentität von H. pylori... 64

3.1.18 Bewertungsschema zur Einteilung in Gastritisgrade... 65

3.2 Ergebnisse... 67

3.2.1 Klinische Untersuchungen und allgemeiner Sektionsbefund ... 67

3.2.5 Elektronenmikroskopische Darstellung... 71

3.2.6 Analyse und Sequenzierung der Reisolate... 72

3.2.7 Histologische Beurteilung der Magenbiopsien ... 76

3.2.8 Immunhistochemische Ergebnisse der Biopsieproben ... 88

3.2.9 Serologische Untersuchungen... 96

3.2.10 Auswertung des Kontrolltiers 9048 ... 96

4 Diskussion ... 98

4.1 Bewertung des Tiermodells Rhesusaffe ... 98

4.2 Aussagekraft des Untersuchungsmaterials ... 99

4.3 Erfolg der Inokulation der H. pylori-Stämme ... 100

4.4 Gewichtsentwicklung der Tiere ... 102

4.5 Bewertung histologischer Befunde ... 102

4.6 Auftreten von Lymphfollikeln und lymphofollikulären Herden ... 105

4.7 Immunhistochemische Überlegungen... 106

5 Zusammenfassung ... 109

6 Summary ... 111

7 Literaturverzeichnis ... 113

8 Anhang ... 129

8.1 Protokolle für die Mikrobiologie... 129

8.2 Protokolle der histologischen Präparationen ... 131

8.3 Protokoll der Paraplast-Einbettung (Hypercenter XP)... 133

8.4 Lösungen für die Immunhistochemie ... 133

8.5 Protokolle für die Immunhistochemie... 134

8.6 Protokoll für die Westernblot-Serologie ... 136

8.7 Lösungen für die Molekularbiologie ... 137

8.8 Protokoll der elektronenmikroskopischen Präparation... 138

Abkürzungsverzeichnis

° C Grad Celsius

µg Mikrogramm

µl Mikroliter

µm Mikrometer

% Prozent

Abb. Abbildung

AG Aktiengesellschaft

akt. aktiv

Anh. Anhang

Aqua bidest. zweifach destilliertes Wasser Aqua dest. destilliertes Wasser

ATCC „American Tissue Culture Collection“

atroph. atrophisch

AZ Aktenzeichen

B Bursa fabricii bzw. „bone marrow“

bab Blutgruppenantigen bindendes Gen bzw. beziehungsweise

ca. circa

cagA Zytotoxin assoziiertes Gen A CagA Zytotoxin assoziiertes Protein A CD „cluster of differentiation“

chron. chronisch

cm Zentimeter

DAB Diaminobenzidin

DNA Desoxyribonukleinsäure

dNTP’s Desoxyribonukleotidtriphosphate dpsi Tage („days“) post superinfectionem ELISA „enzyme-linked immunosorbent assay“

et al. und Mitarbeiter

flaA Flagellin Gen A FlaA Flagellin Protein A

flaB Flagellin Gen B

FlaB Flagellin Protein B follik. follikulär

g Gramm

GERD gastroösophageale Refluxkrankheit ggr. geringgradig

GM II Göttinger Mischung II h Stunde

H. Helicobacter

HE Hämatoxylin-Eosin

herdf. herdförmig

hgr. hochgradig

H⁺/K⁺-ATPase Wasserstoff/Kalium-Adenosintriphosphatase

Hop Helicobacter Außenmembranproteine („Helicobacter outer membrane proteins“)

IFN Interferon

i.g. intragastral Ig Immunglobulin

IHC Immunhistochemie

IL Interleukin i.m. intramuskulär

i.v. intravenös

Kap. Kapitel

KBE koloniebildende Einheiten

kD Kilodalton

kg Kilogramm

KGW Körpergewicht

L. Lamina

LGIS große Magen-Darm-Schraubenbakterien („large gastrointestinal spirals“)

LPS Lipopolysaccharidketten

LT hitzelabiles Escherichia coli-Toxin („heat labile toxin of Escherichia coli“)

M molar

MALT Schleimhaut assoziiertes Lymphgewebe („mucosa associated lymphoid tissue“)

mg Milligramm

MgCl2 Magnesiumchlorid mgr. mittelgradig

min Minute

ml Milliliter

mm Millimeter

mM Millimol

mpi Monate post infectionem mpsi Monate post superinfectionem NaCl Natriumchlorid

ng Nanogramm

NIH „National Institutes of Health“

nm Nanometer

n.u. nicht untersucht

o.b.B. ohne besonderen Befund OD optische Dichte

p.a. pro analysis

PAI Pathogenitätsinsel

PAS Perjodsäure-Schiff-Reagenz PCR Polymerase-Kettenreaktion p.i. post infectionem

RNA Ribonukleinsäure

rUrease rekombinante Urease s Sekunde bzw. Signalpeptid

s.c. subkutan

sLex Sialyl-Dimer-Lewis-x Glycosphingolipid SabA Sialinsäure bindendes Adhäsin

SABC Streptavidin-Biotin-Komplex

spp. Subspezies

s.u. siehe unten T Thymus

Tab. Tabelle

Th1 T-Helfer-Zellen 1

TNF-α Tumor-Nekrose-Faktor-α U Umdrehung bzw. „Unit“

u. und

vacA vakuolisierendes Zytotoxin Gen A VacA vakuolisierendes Zytotoxin Protein A VT vakuolisierendes Zytotoxin

WHO „World Health Organisation“

wpi Wochen post infectionem wpsi Wochen post superinfectionem z. B. zum Beispiel

1 Einleitung

Zu den am häufigsten vorkommenden Infektionskrankheiten des Menschen gehört die H. pylori-Infektion. Bis zu 50 % der menschlichen Bevölkerung der Industrieländer und etwa 80 % der Bevölkerung der Entwicklungsländer ist mit dem Bakterium H. pylori infiziert (MOSS u. SOOD 2003). Ein enger Zusammenhang zwischen der H. pylori-Infektion und der Entwicklung von Gastritiden, Magenulzera, Adenokarzinomen und MALT-Lymphomen konnte nachgewiesen werden (SANDERS u. PEURA 2002; KASHIWAGI 2003). 1994 stufte die World Health Organisation (WHO 1994) H. pylori als Karzinogen ein.

Daher ist es wichtig, neue Strategien zur Bekämpfung des pathogenen Erregers zu entwickeln. Aufgrund der Komplexibilität des Organismus und des Immunsystems sind für die Entwicklung von Impfstoffen und von neuen Therapeutika Tiermodelle unverzichtbar, die in den vergangenen Jahren entwickelt wurden. Da aber für die Erforschung der durch das Bakterium hervorgerufenen Krankheitsbilder und der Reaktion des menschlichen Immunsystems ein Tiermodell sinnvoll ist, dass dem Menschen möglichst nahe steht, bieten nicht humane Primaten, insbesondere Rhesusaffen (Macaca mulatta), ein sinnvolle Alternative. Ihr Immunsystem ist dem des Menschen sehr ähnlich (DUBOIS 1998), die Tiere stellen einen natürlichen Wirt für H. pylori dar, ein weiterer Tatbestand, der die experimentelle Infektion erheblich erleichtert (WHARY u. FOX 2004). 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.

In vorhergehenden Arbeiten von STEUERWALD (1999) und KUNZ (2000) am Deutschen Primatenzentrum Göttingen konnte die Infektion von Rhesusaffen mit Helicobacter-Bakterien mit den notwendigen assoziierten Techniken etabliert werden.

In diesem Zusammenhang ist das Ziel dieser Arbeit, die Ergebnisse einer fünfjährigen Langzeitstudie einer experimentellen H. pylori-Infektion am Rhesusaffen zusammenzustellen und auszuwerten. Dazu gehört die Frage, ob die experimentelle Infektion über diesen langen Zeitraum persistent war und welche Auswirkungen dies für das Tier hatte. Darüber hinaus sollten immunhistochemische Untersuchungen am Magenschleimhautimmunsystem im Verlaufe der H. pylori-Infektion durchgeführt werden, um Einblicke in immunologische Abläufe zu gewinnen.

2 Literaturübersicht

2.1 Helicobacter pylori

Im folgenden Abschnitt erfolgt eine kurze Charakterisierung des Bakteriums Helicobacter pylori. Eine ausführliche Darstellung dieses Themas findet sich in den vorausgegangenen Dissertationen von STEUERWALD (1999) und KUNZ (2000).

H. pylori ist ein gram-negatives, bewegliches, gebogenes oder spiralig gewundenes Bakterium mit unipolarer Begeißelung aus der Familie der Spirillaceae. Es hat bei einer Länge von etwa 2,5 - 5 µm einen Durchmesser von etwa 0,5 µm. Die 4 - 6 behüllten unipolaren Geißeln oder Flagellen enden in einer charakteristischen keulenförmigen Auftreibung.

Das Bakterium ist mikroaerophil und hat die besten künstlichen Wachstumsbedingungen in einer Gasatmosphäre, die 4 - 6 % Sauerstoff enthält (GOODWINN u. ARMSTRONG 1990; VANDAMME et al. 1991).

Neben den Flagellen als Virulenzfaktor sind noch VacA, cag-Pathogenitätsinsel, Lipopolysaccharide und Membranproteine als weitere Virulenz- und Pathogenitätsfaktoren vorhanden und werden im Folgenden aufgeführt.

2.1.1 Vakuolisierendes Zytotoxin VacA

Als wichtigen Pathogenitätsfaktor beschrieben COVER und BLASER (1992) das vakuolisierende Zytotoxin Gen A (vacA). Das korrespondierende vakuolisierende Zytotoxin (VacA) wurde durch die Epithelzellen der Mukosa aufgenommen und bewirkte eine Vakuolisierung der Zellen durch Verschmelzung von Endosomen und Lysosomen (MOLINARI et al. 1997). Es sind verschiedene Allele des vacA-Gens aufgetreten, die möglicherweise mit dem Auftreten von Krankheitssymptomen

assoziiert sind. Zum einen spielte dabei die Genregion des Signalpeptides eine wichtige Rolle und zum anderen die m-Region (ATHERTON et al. 1997), die in der Mitte des Gens zu finden war. LETLEY und ATHERTON (2000) beschrieben eine Einteilung der Signalpeptide in zwei Familien s1 (s1a, s1b, s1c) und s2, wobei nur Proteine mit dem s1- Signalpeptid eine vakuolisierende Wirkung besaßen. Der Allelstatus des Signalpeptids vom Typ s1, welcher statistisch mit dem Vorhandensein der cag-Pathogenitätsinsel korreliert (VAN DOORN et al. 1999), ist zudem als ein wichtiger Marker in der klinischen Diagnostik anzusehen. Eine Aufklärung des Zusammenhangs zwischen dem s1-Signalpeptid des vacA-Gens und dem Vorhandensein des Zytotoxin assoziierten Gens (cag)-Pathogenitätsinsel konnte noch nicht geleistet werden.

2.1.2 cag-Pathogenitätsinsel

CENSINI et al. (1996) beschrieben die cag-Pathogenitätsinsel als einen etwa 40 Kilobasen großen Gencluster. Die Pathogenitätsinsel war nicht in allen H. pylori- Stämmen anzutreffen, jedoch konnte eine Assoziation zwischen dem Vorhandensein der cag-Pathogenitätsinsel und dem Auftreten von Erkrankungen nachgewiesen werden. Bei 90 % der aus Erkrankten isolierten H. pylori-Stämme trat die Pathogenitätsinsel auf (COVACCI et al. 1997). Das Protein CagA des zuerst identifizierten Gens cagA (Zytotoxin assoziiertes Gen A) dieses Clusters hatte verschiedene intrazelluläre Auswirkungen auf die Wirtszelle. Beispielsweise konnte die Ausstülpung von Pseudopodien durch Rearrangierung des Zytoskeletts und eine Verlängerung der Wirtszelle nachgewiesen werden (SEGAL et al. 1996, 1999). Die Anwesenheit der Pathogenitätsinsel hatte auch ohne die Aktion des CagA-Proteins unterschiedliche Wirkungen auf die Wirtszelle, wie z. B. die Ausschüttung von Interleukin-8 (CRABTREE 1998; GUILLEMIN et al. 2002). Die genauen Wirkungsweisen innerhalb der Wirtszelle sind noch weitgehend unbekannt.

2.1.3 Lipopolysaccharide und Membranproteine

In der äußeren Membran von H. pylori sind Lipopolysaccharidketten (LPS) verankert, die einen bedeutenden Faktor der bakteriellen Pathogenität darstellen (MORAN 1996). Es zeigten sich einige LPS-Oberflächenstrukturen von H. pylori mit Ähnlichkeiten zu Antigenen (Mimikri), die auch auf Zellen des Wirtes zu finden waren. Die Lewis-Blutgruppen-Antigene Lewis-x und Lewis-y zählen zu diesen Oberflächenstrukturen (APPELMELK et al. 1997). Durch diese Mimikri ist es H. pylori möglich, eine Tarnung vor dem Immunsystem im Magen zu etablieren und über die Lewis-Blutgruppen-Antigene eine Adhäsion der Bakterien an die Wirtszellen zu induzierten (BOREN et al. 1993; MORAN et al. 1996). Andererseits führt die Bildung von spezifischen Antikörpern gegen Oberflächenantigene des Bakteriums durch die humorale Immunabwehr dazu, dass diese Antikörper auch auf die Oberflächenantigene der Wirtszellen (H⁺/K⁺-ATPase der Belegzellen) reagieren und eine Autoimmunreaktion ausgelöst wird, die mit Schädigungen der Magenschleimhaut einhergeht (CLAEYS et al. 1998).

H. pylori ist mit vielen Genen versehen, die der Familie der sogenannten

„Helicobacter outer membrane proteins“ (Hop) angehören. Eine Anzahl dieser Gene kodiert für Membrankanäle (Porine), andere sind elementar für die Adhäsion an die Wirtszelle (z. B. bab-Gene, MAHDAVI et al. 2002). Eine Regulation vieler der Hop- Gene erfolgt durch das sogenannte „slipped strand mispairing“ (BLASER u. BERG 2001). Die Gene dieser Proteine haben eine Sequenz gleicher Basen (z. B. acht aufeinander folgende Guanine) oder Basentandems in unterschiedlicher Länge zur Verfügung. Durch das Hinzufügen oder den Verlust eines Basentandems kommt es zu einer Verschiebung des Leserahmens mit der Folge, dass das Gen abgelesen werden kann (Anschalten) oder nicht (Abschalten). H. pylori wird durch diesen Mechanismus die Möglichkeit gegeben, schnell auf sich ändernde Umweltbedingungen (Abwehrreaktion gegen ein Oberflächenantigen) zu reagieren und sich einen Selektionsvorteil zu verschaffen.

2.1.4 Flagellen

JOSENHANS und SUERBAUM (2002) konnten feststellen, dass die Beweglichkeit von H. pylori auf das Vorhandensein von 4 - 6 unipolaren Flagellen zurückzuführen ist. Im Tiermodell waren die Bakterien ohne Flagellen nicht in der Lage den Wirt zu besiedeln (EATON et al. 1996). Nicht nur in der akuten Phase einer Infektion sondern auch während einer persistierenden Infektion muss sich H. pylori im viskosen Mukus bewegen können, um ein Ausschwemmen in den saureren Magenbereich zu verhindern (HAZELL et al. 1986). JOSENHANS et al. (1995) wiesen nach, dass die Flagellenfilamente aus zwei Flagellinen, FlaA und FlaB bestehen, die beide für ein voll funktionstüchtiges Flagellenfilament benötigt werden.

GEIS et al. (1993) äußerten die Vermutung, dass die Membranhülle (entsprechend der äußeren Zellmembran), die die Flagellen ummantelt, ein Schutz vor dem sauren Milieu des Magenlumens darstellt. Die Funktion der terminalen Auftreibung der Flagellen konnten die letztgenannten Autoren noch nicht aufklären.

2.2 Tiermodelle für Helicobacter pylori-Infektionen

Mit der Erkenntnis der Zusammenhänge zwischen einer H. pylori-Infektion der Magenschleimhaut und dem damit verbundenen Auftreten von chronischen Gastritiden, peptischen Ulzera und Magenkarzinomen ist die Etablierung eines geeigneten Tiermodells dieser komplexen Erkrankung eines der vordringlichen Ziele der Gastroenterologie geworden (MARSHALL u. WARREN 1984). Seit der ersten Einführung eines Tiermodells mit gnotobiotischen Ferkeln (KRAKOWKA et al. 1987) wurde in den vergangenen Jahren mit verschiedenen Modellen auf diesem Gebiet gearbeitet, um die verschiedenen Gastritisformen sowie die Helicobacter assoziierte Kanzerogenese zu erforschen und geeignete therapeutische und prophylaktische Maßnahmen zu testen. Die Auswahl geeigneter Tiermodelle ist von einigen Voraussetzungen abhängig. Die Haltung und Aufzucht der Modellspezies sollte wenig aufwendig sein. Eine weitere Vorbedingung ist eine vergleichbare Anatomie

und Physiologie der Modellspezies. Die Möglichkeit einer Infektion der jeweiligen Spezies mit humanen Stämmen von H. pylori sollte gewährleistet sein. Weiterhin wird eine Übertragbarkeit der Ergebnisse des Tiermodells auf den Menschen gefordert. Des Weiteren war es notwendig, eine Standardisierung des Tiermodells zur Vergleichbarkeit erhaltener Ergebnisse zu erreichen (EATON 1999). Die Infektionsversuche mit diversen Tierarten führen zu den unterschiedlichsten Bewertungen über die Brauchbarkeit der jeweiligen Tiermodelle. Die gängigsten Modelle werden im Folgenden aufgeführt. Es handelt sich dabei im Einzelnen um Infektionsversuche mit Mäusen, Ratten, Gerbilen, Meerschweinchen, Katzen, Hunden, Schweinen und nicht humanen Primaten. Studien mit anderen Tiermodellen scheitern häufig an dem vergleichsweise hohen finanziellen und zeitlichen Aufwand, der betrieben werden muss, um solche Untersuchungen durchzuführen.

2.2.1 Mäuse (Mus musculus)

Ein erstes Hauptziel dieses Modellansatzes war es, ein Tiermodell mit kleinen Labortieren zu etablieren, da diese in der Haltung und im Handling günstiger sind und so Voraussetzungen geschaffen werden können, schnelle und reproduzierbare Forschungsresultate zu erarbeiten. Darauf aufbauend konzentriert sich die neuere Forschung bei diesem Tiermodell auf die Entwicklung von Vakzinen. Auch Therapiestudien waren schon früh ein Forschungsziel.

In der Etablierungsphase dieses Tiermodells galten Mausmodelle lange als nicht empfänglich für H. pylori oder die Mäuse waren nur transient sporadisch infiziert und das Krankheitsbild war nicht assoziiert mit Gastritis (EATON 1999). Deshalb beschränkten sich die Arbeiten lange auf andere Helicobacter-Stämme wie H.

heilmannii. Doch auch in aktuelleren Studien wurde noch mit H. heilmannii gearbeitet. In einer Studie zur Erforschung der Immunantwort verglichen PETERSON et al. (2001) weibliche BALB/c Mäuse (normaler Thymus) und weibliche NIH Nacktmäuse (thymusektomiert). Nach orogastrischer Inokulation von 10⁷ H.

heilmannii-infizierten Belegzellen in 0,2 ml steriler Brucella Bouillon wurden die Mäusegruppen in Abständen von zwei Wochen, sechs Monaten, zwölf Monaten und 18 Monaten seziert. Die Autoren konnten feststellen, dass die Ausbildung von lymphoplasmazellulärer Gastritis und Lymphfollikeln bei der thymusektomierten Nacktmäusegruppe deutlich geringer war als bei den BALB/c Mäusen mit normalem Thymus. Aus diesem Resultat folgerten PETERSON et al. (2001), dass eine vollständige CD4⁺ T-Lymphozyten Immunkompetenz wie bei den BALB/c Mäusen notwendig war, um eine Magenschleimhauthypertrophie und noduläre Hyperplasie nach experimenteller H. heilmannii-Infektion hervorzurufen.

TELFORD et al. (1994) gelang es als eine der ersten Arbeitsgruppen in einer Studie mit ultraschallbehandelten Extrakten und ureasebereinigten Zelltoxinen (94 kD Protein) von H. pylori, eine erfolgreiche Simulation einer Infektion von kleinen Labortieren (BALB/c Mäuse) zu etablieren. Eine einfache und wenig aufwendige Übertragung auf das menschliche Krankheitsbild zur Erforschung der Pathogenese war dadurch möglich. Als erste Gruppe gelang es LEE et al. (1997) mit der Strategie kontinuierlicher Passagen von multiplen H. pylori-Humankulturen durch Mäusemägen einen Stamm, den sogenannten „Sydney Strain“, zu isolieren. Ein für die humane Infektiosität wichtiges genetisches Merkmal dieses spezifischen Stammes war der Nachweis von cagA- und vacA-Regionen. Es zeigte sich eine überdurchschnittlich hohe Kolonisationsfähigkeit im C57BL/6-Mäusestamm im Vergleich zu anderen Teststämmen und im Verlauf vom 8 Monaten kam es zur Entwicklung einer chronisch aktiven, atrophischen Gastritis.

Darüber hinaus sind Therapiestudien bei diesem Tiermodell angefertigt worden. Eine Tripeltherapie mit Amoxicillin (2,5 µg/Tier), Metronidazol (0,16 mg/Tier) und Plaunotol (0,63 mg/Tier) mit oraler Applikation einmal täglich über eine Woche bei männlichen, thymusektomierten BALB/c Nacktmäusen schlugen KARITA et al. (1993) vor. Diese Therapie erwies sich als die effektivste Methode zur Eradikation von H. pylori (Stamm CPY2052), wenn sie anschließend noch von einer 4wöchigen Plaunotol- Monotherapie (0,63 mg/Tier/Tag) abgeschlossen wurde.

Auch Studien zur Erforschung der Pathogenese wurden an diesem Tiermodell durchgeführt. LEE und Mitarbeiter (1997) stellten fest, dass die Langzeitpathologie viel mehr Gemeinsamkeiten mit der humanen, chronisch aktiven Gastritis hat als andere H. pylori-Mausmodelle, obwohl die „Sydney Strain“-infizierten Mäuse nicht exakt den menschlichen Krankheitsverlauf imitierten. Eine H. pylori-Infektion des Menschen zeigt sich häufig als Gastritis mit Infiltration von neutrophilen Granulozyten, Lymphozyten und Plasmazellen, intestinaler Metaplasie, Follikelbildung und Atrophie der Magenschleimhaut. Im weiteren Verlauf der Krankheit kann es zur Bildung der gastroösophagealen Refluxkrankheit (GERD), Ulzera und Tumoren kommen (STOLTE u. MEINING 1998; CREMONINI et al. 2001;

SANDERS u. PEURA 2002; SCHUSTER 2002; KASHIWAGI 2003; WANG et al.

2004). Unterschiede zum Menschen bestanden in einem geringeren Gastritisgrad der Mäuse mit vorwiegend lymphoplasmazellulärer Infiltration, wenig Bildung neutrophiler Granulozyten und kaum Anzeichen der Gastritis im Antrum des Magens, wie das in der Humanmedizin der Fall ist (DUBOIS 1998; EATON 1999; LEE 2000).

BLANCHARD et al. (1999) stellten die Wichtigkeit von antikörperunabhängigen, zellulären Immunmechanismen durch Studien mit IgA- oder Immunglobulin- defizienten Mäusen bei der Protektion gegen eine H. pylori-Infektion heraus.

Vakzinestudien mit H. pylori-Whole Cell Sonicate und TiterMax^® Gold oder Aluminiumhydroxid deuteten an, dass eine Typ 2-Helfer T-Zell-(CD4⁺ Th1)- vermittelte Immunität eine Rolle bei der Reduzierung der bakteriellen Besiedlung von chronischen H. pylori-Infektionen spielt (MAEDA et al. 2002). EISENBERG et al.

(2003) stellten in ihrer Studie Complete Freund’s Adjuvant und Incomplete Freund’s Adjuvant mit subkutaner oder intraperitonealer Applikation gegenüber. Die Autoren kamen zu dem Schluss, Kleinkinder zu impfen, um perinatale Infektionen mit H.

pylori zu verhindern. Die intranasale Applikation eines Impfstoffes aus ultraschallbehandeltem Antigen vom H. pylori-Sydney Strain-Stamm zeigte eine deutliche Reduzierung der bakteriellen Besiedlung mit einer vollständigen Regeneration der Magenschleimhaut (GARHARD et al. 2002). Nicht immunisierte Tiere wiesen in dem gleichen Zeitraum auch eine reduzierte bakterielle Besiedlung

auf, bildeten aber eine Gastritis aus. Die Autoren stellten fest, dass eine Prävention vor bakterieller Kolonisation durch eine prophylaktische Vakzination nicht gegeben war, aber eine Vakzination in der Lage war, die Infektion zu begrenzen.

2.2.2 Ratten (Rattus norvegicus)

Besonders in der Erforschung der lokalen Entzündungsantwort der Magenschleimhaut und der Ulkusgenese von mit H. pylori-infizierten Ratten hat sich diese Spezies als Tiermodell bewährt. Doch auch die pathologischen Veränderungen sind früh beschrieben worden. So bewerteten SAITA et al. (1992) diese Veränderungen als chronische Gastritis mit Schleimhautischämie und hämorrhagischer Ulzeration. Im Rahmen der Tumorforschung veröffentlichten KOGA et al. (2002) Studien mit spezifisch pathogenfreien Ratten (Praomys natalensis). Die Autoren präsentierten Ergebnisse, die auf eine Abnahme der Karzinoidinzidenz bei vorherrschender Kolonisation von H. pylori (Stamm 9818, CagA⁺, VacA⁺) im Antrum schließen ließen. Auch bei Gastritis mit hoher Magensäureproduktion schien die Karzinoidinzidenz reduziert.

Im Rahmen der Ulkusgenese sind in jüngerer Zeit von nachfolgend genannten Forschungsgruppen Arbeiten mit dem Rattenmodell durchgeführt worden. In einer Studie von KONTUREK et al. (2000) wurden Ratten über eine Magenfistel der toxische H. pylori-Stamm Typ I (CagA⁺, VacA⁺, 2 × 10⁹ KBE) und der nicht-toxische H. pylori-Stamm Typ II (CagA^-, VacA^-, 2 × 10⁹ KBE) inokuliert. Die Autoren konnten zeigen, dass es speziell durch den H. pylori-Stamm Typ I im Rattenmagen durch Ischämie und Reperfusion zu akuten Läsionen der Magenmukosa kam. Die Läsionen beruhten auf einer Beeinträchtigung der gastrischen Mikrozirkulation, hochgradiger entzündungsfördernder Zytokinfreisetzung, Reduktion der Magensaftsekretion und Suppression ulkushemmender Transforming Growth Faktor-α Expression. Die Arbeitsgruppe vermutete die Ursache der Reduktion der Magensaftsekretion in der beobachteten Weiterverbreitung der H. pylori-Infektion während der Entwicklung von

akuten Erosionen zu chronischen Magengeschwüren. KALIA et al. (2002) beschrieben markierte Störungen der Mikrozirkulation in der Magenschleimhaut von Ratten, die mit unterschiedlich toxischen Stämmen (CagA⁺ und VacA⁺) von H. pylori infiziert worden waren. Die nicht immer identischen Störungen der Mikrozirkulation führten die Autoren auf die unterschiedliche Virulenz der Bakterienstämme zurück.

Einen immer größeren Untersuchungsumfang nahmen Studien auf dem Gebiet der lokalen Entzündungsantwort der Magenschleimhaut und der Erforschung der Signalwege ein. Dabei kamen SLOMIANY und SLOMIANY (2001) bei einer mit H.

pylori-Lipopolysacchariden (50 µg/Tier) induzierten Gastritis zu folgenden Ergebnissen. Sie stellten die überragende Rolle von p38-mitogenaktivierter Proteinkinase in der mukosalen Freisetzung von Tumor-Nekrose-Faktor-(TNF-α) und Endothelin-1 bei der lokalen Signalübertragung heraus. SLOMIANY et al. (2001) verabreichten mit H. pylori-Lipopolysacchariden (50 µg/Tier) okulierten Ratten Aspirin^® (Azetylsalizylsäure) in der Dosierung von 20 mg/kg. Die Autoren stellten fest, dass Aspirin^® eine Erhöhung der Entzündungsantwort der Magenschleimhaut induziert und zu einem Anstieg der löslichen Form von TNF-α in der Magenmukosaexpression führt. Dieser Anstieg verursachte eine verstärkte Apoptose im Magen. Nach der Applikation des nichtsteroidalen Antiphlogistikums Indomethacin (2 mg/kg) hingegen konnten die Autoren keine signifikanten Abweichungen bei den Versuchstieren von vorhergehenden Normalbefunden aufzeigen.

2.2.3 Gerbile (Meriones unguiculatus)

Erste Untersuchungen mit Gerbilen als Tiermodell wurden in der Regel zur Pathogeneseforschung und Entwicklung von Eradikationsstrategien genutzt. Im Laufe mehrerer Jahre hat sich dieses Tiermodell einen hervorragenden Stellenwert bei der Tumorforschung gesichert. Auch in genetischen Studien bei der H. pylori- Virulenzforschung findet dieses Modell Anwendung.

Die ersten erfolgreichen Infektionsversuche mit H. pylori bei Gerbilen gelangen YOKOTA et al. (1991). Die sieben bis acht Wochen alten Tiere wurden teilweise mit und teilweise ohne Vorbehandlung mit Indomethacin (20 mg/kg s.c.) mit dem H.

pylori-Stamm (ATCC43504, 10⁸ KBE) in 0,5 ml Carboxymethyl-Zellulose- Phosphatpuffer oral inokuliert. Es gelang bis zum Versuchsende nach 60 Tagen eine erfolgreiche Etablierung des Bakterienstammes in allen Versuchstiergruppen.

In Studien zur Erforschung der Pathogenese gelang es CHI et al. (1999), mit dem gleichen Bakterienstamm die Entwicklung einer chronisch aktiven Gastritis mit neutrophiler Infiltration, Lymphfollikelbildung und gastrischer Ulkusbildung bei den Tieren nachzuweisen. Die Autoren hielten durch die exzellente Nachahmung der Krankheitssymptome Gerbile für nahezu ideale Kandidaten für ein H. pylori- Tiermodell. In einer Magenulkusstudie von MIYATA et al. (1999) wurden die Tiere durch Bauchinzision und Injektion mit 20 µl Essigsäure (10%ig) unter der Magenserosa zur Ulkusinduktion präpariert. Nach oraler Infektion mit dem H. pylori- Stamm (ATCC43504, 1,8 × 10⁸ KBE) waren die Bakterien vorwiegend in der Pylorusdrüsenzone anzutreffen. Die Autoren begründeten dies mit der Tatsache, dass in der Pylorusdrüsenzone aufgrund der Zusammensetzung der Kohlenhydrate des Magenmuzins reichlich L-Fucose (Beziehungsglied des H. pylori-Adhäsivfaktors) anzutreffen ist.

Auch Studien der Therapieentwicklung zur Eradikation von H. pylori-Infektionen wurden beschrieben. So empfahlen KETO et al. (2001) zur Reduzierung der Krankheitssymptomatik und zur Prävention der Karzinogenese eine frühzeitige Therapie mit Omeprazol (60 mg/kg oral) und Clarithromycin (100 mg/kg oral).

BRZOZOWSKI et al. (2003) bevorzugten statt dessen eine Kombinationstherapie mit Omeprazol (10 mg/kg s.c.), Clarithromycin (5 mg/kg i.g.) und Tinidazol (5 mg/kg i.g.).

Neuere Studien widmeten sich der Magenkarzinomforschung von H. pylori alleine oder in Kombination mit anderen karzinogenen Substanzen. FUJIOKA et al. (2000) sahen in ihren Studien in dem immunhistochemischen Nachweis von Mutationen des

p53-Tumorsuppressorgens einen Karzinogeneseeffekt der H. pylori-Infektion. Im Gegensatz zu den Untersuchungen der letztgenannten Autoren bezweifelten NOZAKI et al. (2002) verschiedene Studien über den Zusammenhang von H. pylori- Infektionen und der Magenkarzinogenese bei Gerbilen. Die Autoren wiesen darauf hin, dass submukosale, heterotope, proliferative Drüsen regelmäßig bei H. pylori- Infektionen vorkamen. Nach Eradikation der Bakterien zeigte diese Veränderung einen reversiblen Charakter und war eher als ein Zeichen einer hochgradigen Gastritis, als das einer Karzinogenese zu sehen. Die festgelegten Kriterien von heterotopen, proliferativen Drüsen wiesen große Unterschiede zu gut differenzierten Adenokarzinomen auf, so dass bei der überwiegenden Anzahl der Magenläsionen von regenerativen Veränderungen durch Entzündungsprozesse ausgegangen werden konnte.

In genetischen Untersuchungen zu den Kolonisationsfaktoren von H. pylori arbeiteten KAVERMANN et al. (2003) mit 12 Wochen alten spezifisch pathogenfreien Gerbilen. Die Tiere wurden mit dem Streptomycin resistenten H. pylori-Humanstamm P149 (cagA⁺, cag-PAI partiell gelöscht) mit 10⁹ KBE oral inokuliert und nach 21 Tagen seziert. Mittels der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) konnten sie als erste Arbeitsgruppe die Kollagenase HP0169 am Genort hp0169 als Virulenzfaktor identifizieren. Die kürzlich identifizierte ATPase ComB4 konnte ebenso nachgewiesen werden. KAVERMANN et al. (2003) waren der Meinung, dass die Entdeckung dieser beiden Kolonisationsfaktoren neue Therapiemöglichkeiten durch das Verständnis des Infektionsprozesses ermöglicht.

2.2.4 Meerschweinchen (Cavia aperea)

Meerschweinchen als Tiermodelle sind kaum zur Anwendung gekommen und werden in der H. pylori-Forschung hauptsächlich zum Studium der Pathogenese verwendet. Aber auch eine frühe Untersuchung zur Pharmakokinetik therapeutischer Substanzen existiert.

Anfang der neunziger Jahre begannen Forschungen an dieser Tierart mit der Messung von dem über die Magenschleimhaut sezernierten Antibiotikum Clindamycin (10 mg/kg i.m. bzw. 100 mg/kg i.m.) zum Studium der Pharmakokinetik (WESTBLOM et al. 1990). Zu allen Messzeitpunkten übertrafen die Schleimhautkonzentrationen die Serumkonzentrationen des Clindamycins bis annähernd zum 100fachen acht Stunden nach Injektion des Medikamentes. Die Autoren bewerteten aufgrund der hohen Schleimhautkonzentrationen von Clindamycin die Therapie mit diesem Medikament zur H. pylori-Eliminierung als exzellent und schlugen eine Clindamycingabe alle sechs Stunden vor. Dabei legten sie eine Dosis von 100 mg/kg Clindamycin zugrunde, welche beim Meerschweinchen einen Serumspiegel hervorrief, der beim Menschen als therapeutische Dosis angenommen wurde.

Im Rahmen von Untersuchungen zur Pathogenese beschrieben STUREGARD et al.

(1998) die Veränderungen der Magenmukosa in dieser Spezies als hochgradige Gastritis mit Kryptabszessen, Schleimhauterosionen, polymorphkernigen Leukozyten und Lymphozyten. Unter Berücksichtigung der Anatomie und Physiologie sind Meerschweinchen dem Menschen wahrscheinlich ähnlicher als andere kleine Labortiere. Auf eine interessante Parallele verwiesen SHOMER et al. (1998) aufgrund der Tatsache, dass Meerschweinchen durch den Mangel an Gulonolacton- Oxidase wie der Mensch auf die supplementäre Aufnahme von Vitamin C angewiesen sind. Die Tiere in ihrer Studie wurden mit Omeprazol (1 mg/kg oral) vorbehandelt und mit dem „Sydney Strain“ (10⁸ KBE) oral infiziert. Messungen von Ascorbinsäure im Magensaft bei den infizierten Individuen zeigten eine Beeinträchtigung der Ascorbinsäuresekretion und eine signifikante Reduzierung der Säurekonzentration im Magen. Durch die nicht gegebene Funktion als Antioxidant und Radikalfänger stellten die Autoren die Vermutung auf, dass ein erhöhtes Risiko zur Entwicklung von Magenkarzinomen bestand.

Abschließend kann zu den Vorteilen kleiner Labortiere (Mäuse, Ratten, Gerbile und Meerschweinchen) als Tiermodell gesagt werden, dass durch die einfache Haltung

dieser Tiere schnelle und kostengünstige Forschungsresultate möglich sind. Durch die Möglichkeit, dass eine große Anzahl der Tiere in eine Studie eingebunden wird, können außerdem statistische Berechnungen mit größerer Sicherheit durchgeführt werden. Der Nachteil von kleinen Labortieren liegt in ihrer relativ kurzen Lebensdauer. Dies beschränkt ihren Einsatz in Langzeitstudien, wie sie für eine H.

pylori-Infektion notwendig sind, um eine chronische Erkrankung zu induzieren.

2.2.5 Katzen (Felis silvestris catus)

Die H. pylori-Forschung an dem Katzenmodell stößt bei Forschern auf Interesse, weil Katzen als ein Reservoir natürlich vorkommender H. pylori-Infektionen angesehen werden. Die Untersuchungen zielen hauptsächlich auf die Etablierung und Transmission der Infektion, die Pathogenese und in neuerer Zeit auf die Entwicklung von Vakzinen ab.

In Studien von HANDT et al. (1994, 1995) konnte der Nachweis einer natürlichen Infektion von Katzen geführt werden. Die 29 Katzen stammten von vier kommerziellen Händlern und wurden drei bis sieben Monate in isolierten Einzelkäfigen des Forschungsinstitutes gehalten. Nach der Sektion aller Tiere stellten HANDT et al. (1994) eine gemischte Kolonisation von H. pylori und „H. pylori- ähnlichen Bakterien“ (wahrscheinlich H. felis oder „Large Gastrointestinal Spirals“) fest, wobei H. pylori bei sechs Katzen sicher diagnostiziert wurde. Bei 15 weiteren Katzen wurden H. pylori-ähnliche Bakterien gefunden. HANDT und Mitarbeiter (1994) sahen es als Vorteil für dieses Tiermodell an, dass Katzen ein natürliches Erregerreservoir für H. pylori darstellen. Doch die Autoren erwähnten auch den Nachteil der Mischkolonisation mit anderen Spiralbakterien.

FOX et al. (1995) verwendeten für ihre Studien zur Etablierung der Infektion und Transmission einen felinen H. pylori-Stamm 94-2728, den sie aus einer natürlich infizierten Katze isoliert hatten. Sie infizierten damit eine Gruppe spezifisch

pathogenfreier Katzen dreimal mit 4,5 × 10⁸ KBE in vier Tagesabständen. Es gelang, bei den zuvor mit Cimetidin (10 mg/kg i.m.) vorbehandelten Tieren eine erfolgreiche, persistente Infektion zu etablieren. Die Autoren befürworteten neue Studien zur Frage, ob ein humaner H. pylori-Stamm bei Katzen kolonisiert werden kann. Die Untersuchungen sollten bestätigen, dass Katzen als ein Erregerreservoir für die Transmission von H. pylori auf den Menschen zu sehen sind.

In seiner Transmissionsstudie hielt NEDRUD (1999) es für wahrscheinlicher, dass die Infektion vom Menschen in Richtung Katze erfolgt. Er ging davon aus, dass ein Tierpfleger in dieser Studie eine Gruppe spezifisch pathogenfreier Katzen infiziert hat. Der Autor bewertete die Verwendung spezifisch pathogenfreier Katzen in diesem Tiermodell der experimentellen H. pylori-Infektion als sehr aufwendig und teuer.

Umfangreiche Pathogenesestudien führten PERKINS et al. (1998) an diesem Tiermodell durch. Die Autoren arbeiteten in ihrer Versuchsanordnung mit acht Monate alten, spezifisch pathogenfreien Katzen, die mit einem H. pylori-Stamm (Humanisolat 95-983, CagA⁺) eines Patienten mit Magenulkus infiziert wurden. Nach einer Vorbehandlung mit Cimetidin (5 mg/kg zweimal täglich i.m.) erfolgte die Inokulation von 3 ml H. pylori-Bouillon (1,5 × 10⁸ KBE/ml) orogastrisch per Sonde dreimal im Abstand von zwei Tagen. Nach 15 Wochen Studiendauer wurden die Tiere euthanasiert. Es zeigten sich als pathologische Befunde eine hauptsächlich multifokale Gastritis mit Lymphfollikelbildung und neutrophilen und eosinophilen Infiltraten. Ebenso wie PERKINS et al. (1998) verglich auch LEE (1995) die von H.

pylori-verursachten Magenläsionen bei Katzen mit denen von H. pylori-infizierten Humanpatienten.

Neuere Studien beschäftigen sich mit der Immunantwort und der Vakzineentwicklung. KLEANTHOUS und Mitarbeiter (1998) vakzinierten zwei Gruppen von Katzen mit rUrease+LT (10 mg rekombinante Urease + 25 µg heat labile toxin of E. coli) bzw. nur mit LT. Es erfolgte dann eine Inokulation des humanen H. pylori-Stammes (CagA⁺). Zwei Monate später war eine signifikante Abnahme der

Bakteriendichte und eine Verringerung der entzündlichen Reaktion bei den zuvor mit rUrease+LT vakzinierten Tieren im Gegensatz zu der nur mit LT vakzinierten Kontrollgruppe nachzuweisen. Die artifizielle Immunisierung und nicht die natürliche Infektion resultierte in der Bildung einer gastrischen Urease-spezifischen IgA- Immunantwort. Die Autoren hielten weitere Forschungsarbeit für nötig, um aus einer Kombination von Urease-Antigen und anderen bakteriellen Antigenen einen potenten Impfstoff zu entwickeln.

Zusammenfassend sind die Vorteile eines Katzentiermodells darin zu sehen, dass Katzen natürlich mit H. pylori infiziert sind und somit die Etablierung der experimentellen Infektion leicht gelingt. Als nachteilig zu sehen ist der höhere Aufwand bei der Haltung der Katzen im Vergleich zu kleinen Labortieren, insbesondere wenn spezifisch pathogenfreie Katzen verwendet werden. Auch die Anatomie und Physiologie der Katzen zeigt nur eine begrenzte Verwandtschaft zum Menschen.

2.2.6 Hunde (Canis lupus familiaris)

Hunde als Tiermodelle fanden in der Anfangsphase der H. pylori-Untersuchungen Verwendung. Es wurde zunächst mit gnotobiotischen Welpen gearbeitet. Später befasste sich auch eine Studie mit konventionell gehaltenen Hunden. Sie dienten hauptsächlich der Erforschung der Pathogenese und der Übertragbarkeit des Modells auf den Menschen.

Die erste Untersuchung an diesem Tiermodell fand an gnotobiotischen Beaglewelpen statt. Die Tiere wurden von Hündinnen unter spezifisch pathogenfreien Bedingungen geboren und mit einer Milchersatzdiät in isolierten Einheiten aufgezogen (RADIN et al. 1990). Es erfolgte die orale Applikation von 3 × 10⁸ KBE H. pylori (Humanstamm 26695) mit 2 ml Peptonwasser am siebten Lebenstag für Gruppe A (fünf Hunde). Nach der Kontaktaufnahme der Gruppe A am

23 Tag p.i. mit der nicht infizierten Kontrollgruppe B (zwei Hunde) konnte eine Woche später durch Sektion aller Hunde und Bestimmung der Serum IgG-Titer die Transmission der Bakterien auf die Beaglewelpen der Gruppe B festgestellt werden.

Ob die Übertragung fäkal-oral oder oral-oraler Natur war, vermochten die Autoren nicht festzustellen. Trotz der Ausbildung einer lymphoplasmazellulären Gastritis mit Follikelanbildung und neutrophiler und eosinophiler Infiltration zeigten alle Tiere keinerlei klinische Zeichen und waren vergleichbar mit H. pylori-positiven, asymptomatischen Humanpatienten.

Das von ROSSI et al. (1999) verwendete Modell konventioneller Beaglezuchten setzte sich aus 4 - 6 Monate alten Tieren zusammen. Nach einer Vorbehandlung mit Tagamet^® 200 (Cimetidin 10 mg/kg i.m.) wurden die Hunde mit einem Mäuse- adaptierten H. pylori-Stamm (SPM326s, CagA⁺ und VacA⁺) oral infiziert. Im Gegensatz zur Versuchsgruppe von RADIN et al. (1990) zeigten die Hunde über ein bis zwei Wochen seit Beginn der Infektion eine akute klinische Symptomatik mit Vomitus und Diarrhoe. Die pathologische Untersuchung zeigte in der Hauptsache eine chronisch aktive Gastritis, Lymphfollikelbildung und Interleukin-8-Induktion in der immunhistochemischen Markierung. Es konnte der Nachweis von IgA-(Speichel) und IgG-(Speichel und Serum)-Antikörpern gegen H. pylori geführt werden. Durch die weitgehende Übereinstimmung mit dem humanen Krankheitsbild hielten die Autoren es für sinnvoll, ein präventives oder therapeutisches Vakzinationsregime mit diesem Tiermodell zu entwickeln.

Vorteilhaft für ein Tiermodell unter Verwendung von Hunden erweist sich die Ähnlichkeit zur menschlichen Pathogenese. Dem gegenüber muss der Nachteil gestellt werden, dass Hunde nicht natürlich mit H. pylori infiziert sind, was eine Etablierung der Infektion erschwert. Zu berücksichtigen sind außerdem die aufwendigen Notwendigkeiten einer Hundehaltung unter experimentellen Bedingungen. Der schon bei Katzen aufgeführte nachteilige geringe Verwandtschaftsgrad von Hunden zum Menschen trifft für das Hundemodell ebenso zu.

2.2.7 Schweine (Sus scrofa domesticus)

Grundlegende Forschungen mit diesem Tiermodell begannen mit der Etablierung einer H. pylori-Infektion, dem Studium der Pathogenese und der Therapieentwicklung. Spätere Untersuchungen widmeten sich der Erforschung der Immunantwort und damit einhergehend der Entwicklung von Vakzinen.

Die ersten Studien zur Etablierung einer experimentellen H. pylori-Infektion am Schwein begannen mit gnotobiotischen Ferkeln. KRAKOWKA et al. (1987) verwendeten nach den Vorgaben von WAXLER und Mitarbeitern (1966) für ihre Studie geburtssynchronisierte trächtige Yorkshire-Hausschweine, die unter sterilen Bedingungen per Kaiserschnitt entbunden wurden. In beheizten, sterilen Isolationseinheiten erfolgte die Fütterung der gewonnenen Ferkel dreimal täglich (100 - 150 ml pro Fütterung) mit einer sterilen Milchersatzdiät in den ersten Lebenswochen. Nach vorausgehender Behandlung mit dem H2-Antihistaminikum Cimetidin (60 mg/kg oral) wurde den Tieren eine Suspension aus 10⁹ KBE von Campylobacter pylori (später in Helicobacter pylori umbenannt) in 2 ml Peptonwasser oral appliziert. Es gelang der Arbeitsgruppe von KRAKOWKA et al.

(1987) in dieser Versuchsanordnung eine Infektion mit Campylobacter pylori bei diesen Tieren zu etablieren.

In Pathogenesestudien mit diesem Tiermodell zeigten DRIESSEN et al. (2002) lymphatische Gewebestrukturen in der Magenschleimhaut schon in normalen Ferkeln. Die Autoren bestätigten eine Relation zwischen der Lage des lymphatischen Gewebes und dem Auftreten H. pylori-induzierter Gastritisherde. EATON et al.

(1989) und EATON und KRAKOWKA (1992) beschrieben die pathologischen Veränderungen einer experimentellen Infektion mit H. pylori als lymphoplasmazelluläre follikuläre Gastritis mit diffusen lymphozytären Entzündungsherden und Kryptabszessen. KRAKOWKA et al. (1995) beobachteten die Entwicklung von Magenulzera in einer Gruppe H. pylori-infizierter gnotobiotischer

Ferkel, während bei den nicht infizierten Tieren der Kontrollgruppe keine Ulkusentwicklung zu verzeichnen war.

Darüber hinaus wurden verschiedene therapeutische Ansätze in diesem Tiermodell untersucht. Die Entwicklung neuartiger Therapien zur Behandlung von H. pylori- Infektionen gelang KRAKOWKA et al. (1998) durch die Erprobung von Mono-, Dual- und Tripelstrategien. Ziel der Arbeitsgruppe war die Festlegung von Mindestdosen zur vollständigen Eradikation. Mit der oralen Tripelstrategie aus einer Kombination von Pepto-Bismol^® (Bismutsalicylat 5,7 mg/kg viermal täglich), Flagyl^® (Metronidazol 4,4 mg/kg viermal täglich) und Amoxil^® (Amoxicillin 6,8 mg/kg viermal täglich) konnte eine vollständige Eradikation des H. pylori-Humanstammes 26695 zwei Wochen nach Ende der Therapie erzielt werden. Die orale Dualtherapie aus Prilosec^® (Omeprazol 5,0 mg zweimal täglich) und Amoxil^® (Amoxicillin 5,6 mg/kg viermal täglich) zeigte ebenso eine umfassende Eradikation von H. pylori. Mit den angegebenen Mindestdosen von Amoxil^® (Amoxicillin 0,9 mg/kg viermal täglich), Biaxin^® (Clarithromycin 5 mg/kg viermal täglich), Flagyl^® (Metronidazol 2,5 mg/kg viermal täglich) und Cipro^® (Ciprofloxacin 7,3 mg/kg viermal täglich) als orale Monotherapien erzielten die Autoren die gleichen Ergebnisse.

Ein Hauptaugenmerk von Tiermodellen mit gnotobiotischen Ferkeln lag in der Erforschung der anfänglichen Immunantwort. KRAKOWKA und Mitarbeiter (1996) infizierten die Ferkel mit dem H. pylori-Stamm 26695. Mittels ELISA-Diagnostik wurden Antikörpertiter in Kulturen von Magenexplantaten mit in-vivo-Antikörpertitern von Serum, Gallenflüssigkeit und Magensaft verglichen. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass entzündliche Vorgänge in der Magenschleimhaut durch ein lokales immunologisches Geschehen vermittelt wurden. KRAKOWKA und EATON (2002) beschrieben die Entwicklung einer lokalen Immunantwort bis hin zu einer generalisierten IgA-dominierten Schleimhautimmunantwort und einer IgG- dominierten humoralen Immunantwort.

Auch in Vakzinestudien lag schon früh ein Schwerpunkt der H. pylori-Forschung bei Schweinen. EATON und KRAKOWKA (1992) beobachteten bei gnotobiotischen Ferkeln nach parenteraler Impfung mit in Formalin abgetöteten H. pylori hauptsächlich die Bildung von Serumantikörpern, neutrophilen Granulozyten und Kryptabszessen in der Magenmukosa. Die Schwere und Aktivität der Gastritis war bei parenteral immunisierten Ferkeln am ausgeprägtesten. Die nicht immunisierten Kontrolltiere und oral mit lebenden Bakterien vakzinierte Tiere wiesen nur zu einem geringen Teil Gastritisbefunde auf. EATON und KRAKOWKA (1992) kamen zu dem Ergebnis, dass die Infektion eines immunisierten Tieres zu einer Intensivierung des Grades und der Aktivität der Gastritis führte.

Die einzige Studie zur Etablierung einer experimentellen oralen Infektion mit konventionellen Ferkeln veröffentlichten POUTAHIDIS und Mitarbeiter (2001). Die vier Wochen alten Ferkel (Kreuzung aus Large White und Pietrain Schweinen) wurden mit dem H. pylori-Bakterienstamm 31A/93 eines Humanpatienten mit Pylorusulkus infiziert. Dazu wurden die Tiere mit Tagamet^® (Cimetidin 60 mg/kg oral) und TAD^® (Dexamethason 0,2 mg/kg i.m.) zur Unterdrückung der Magensäuresekretion und Suppression der Immunantwort vorbehandelt. Die pathologischen Befunde der Tiere zeigten in der Hauptsache eine hochgradige lymphozytäre Gastritis mit Follikelbildung, hochgradige Kongestion und Hämorrhagien, submuköse Ödeme und Vergrößerung der Magenfalten. Die Autoren stellten bis auf die neutrophile Entzündung der Magenschleimhaut und das Fehlen von Neoplasien ähnliche Magenläsionen wie in der Humanpathologie fest, wobei die relativ kurze Zeit des Experiments (21 Tage) zu berücksichtigen ist.

Zusammenfassend ist zum H. pylori-Schweinemodell zu bemerken, dass sich eine Limitierung aufgrund der hohen Wachstumsgeschwindigkeit der Tiere ergab, da gnotobiotische Ferkel nur für einen dreimonatigen Zeitraum steril in Inkubatoren gehalten werden können (DUBOIS 1998). Dies schließt eine Durchführung von Langzeitstudien, wie sie für eine H. pylori-Infektion angezeigt sind, aus. Bei

konventionell gehaltenen Ferkeln sind dagegen nach POUTAHIDIS und Arbeitsgruppe (2001) Langzeit- und Verlaufsstudien gut möglich.

2.2.8 Nichthumane Primaten

Für die Erforschung der durch H. pylori hervorgerufenen Krankheitsbilder und der Reaktion des Immunsystems ist ein Tiermodell notwendig, dass dem Menschen möglichst nahe verwandt ist. Daher bieten nicht menschliche Primaten ideale Möglichkeiten, um verschiedene humanrelevante Fragestellungen zu bearbeiten.

2.2.8.1 Paviane (Papio spp.) und Schimpansen (Pan troglodytes)

Paviane und Schimpansen sind für die Helicobacter-Forschung von Interesse, weil sich diese Tierspezies neben anderen nicht humanen Primaten durch ihre verwandtschaftliche Nähe zum Menschen anbietet. Dies gilt insbesondere für Schimpansen, deren evolutionäre Nähe sich in einer bis zu 99%igen Genomähnlichkeit widerspiegelt. Andererseits sind ethische Überlegungen bei dieser Versuchstierspezies von herausragender Bedeutung.

In ihrer Studie zum natürlichen Vorkommen von Helicobacter-Bakterien bei Pavianen beschrieben MACKIE und O’ROURKE (2003) den Nachweis von H. pylori und H.

heilmannii in Pavianmägen. Mit Hilfe von PCR-Proben des Antrums entdeckten sie eine 99 - 100%ige Übereinstimmung mit H. pylori-Genen und in Fundusproben eine 98 - 99%ige Übereinstimmung mit H. heilmannii-Genen. Die Autoren empfahlen weitere Studien dieser Art zur Verifikation der Verbreitung von H. pylori-Infektionen und Mischinfektionen mit anderen Helicobacter-Spezies bei Pavianen.

In einer Vergleichsstudie von Pavianen und Schimpansen wurden fünf vorher seronegative Schimpansen mit jeweils einem von fünf verschiedenen

Humanstämmen von H. pylori infiziert. HAZELL et al. (1992) beobachteten ausschließlich eine Kolonisation mit einem wenig passagierten H. pylori-Wildtyp (Stamm 8801, 2,5 × 10⁹ KBE, orale Inokulation) bei den Schimpansen. Zwei vorher seronegative Paviane wurden nicht infiziert, aber zusammen mit den Schimpansen endoskopisch untersucht. Die Schimpansen zeigten eine spezifische Antikörperreaktion (IgG), die auf eine H. pylori-Infektion oder auf andere

„Magenmukosa-assoziierte, spiralförmige Bakterien“ hinwies. Bei den H. pylori- seronegativen Pavianen war eine gastrische Kolonisation von „großen, spiralförmigen Bakterien“ ähnlich H. felis oder H. heilmannii (früher Gastrospirillium hominis) feststellbar. HAZELL und Mitarbeiter (1992) vertraten die Ansicht, dass diese spezifische Antikörperreaktion von Schimpansen die Identifizierung von Kandidaten für spätere Projekte in der Helicobacter-Forschung erleichtert und dies zu einer Bevorzugung von Schimpansen gegenüber Pavianen als Tiermodell führt.

Trotz der hohen Kosten, die die Forschung mit Schimpansen mit sich bringt, waren HAZELL et al. (1992) der Meinung, dass dieses Tiermodell die Möglichkeit bietet, geeignete Ergebnisse zur Erforschung von Virulenzeigenschaften verschiedener H.

pylori-Stämme, Therapiestrategien und Impfstoffentwicklung zu erlangen. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass unter Arten- und Tierschutzaspekten der Einsatz dieser Spezies an höchste ethische Überlegungen gebunden ist. Auch Kosten- und Haltungsanforderungen limitieren den Einsatz dieser Spezies.

2.2.8.2 Japanmakaken (Macaca fuscata)

Bedingt durch die geographische Nähe greifen insbesondere japanische Forschungsgruppen häufig auf Japanmakaken zurück. Dieses Tiermodell findet Verwendung in Studien zu Eradikationsstrategien. Auch auf dem Gebiet der Magenkarzinomforschung werden Japanmakaken erfolgreich eingesetzt.

Im Rahmen der Eradikation von H. pylori und Regenerationsstudien an der Magenschleimhaut verwendeten SHUTO und Mitarbeiter (1993) Ampicillin (30 mg/kg oral), Natriumbikarbonat (1 g/Tier oral) und Famotidin (20 mg/kg i.m.) als Prämedikation. Vier H. pylori-Stämme (MCO 88155, MCO 88099, MCO 88142, MCO 88156 mit jeweils 10⁹ KBE/ml) von jeweils zwei Humanpatienten mit Magen- und Duodenumulzera wurden per Gastroskop inokuliert. 28 Tage nach Etablierung der Infektion trat eine chronisch aktive Gastritis mit Pylorusdrüsenatrophie auf. Nach der Eradikation der Bakterien mit Ampicillin (30 mg/kg oral) konnte kulturell kein H. pylori- Nachweis erbracht werden und der Grad der Gastritis reduzierte sich deutlich.

In Studien zur Untersuchung der Regeneration von Magenulzera verwendeten KODAMA et al. (1996) die gleiche Versuchsanordnung wie die letztgenannten Autoren. KODAMA und Mitarbeiter (1996) beobachteten eine durch endoskopische Injektion von Essigsäure ausgelöste Ulkusbildung am Magen. Eine signifikante Verzögerung der Heilungstendenz in Anwesenheit von H. pylori war erkennbar. Der Nachweis wurde durch eine reduzierte Anzahl von PAS-positiven Schleimhautepithelzellen im Bereich des Ulkusrandes erbracht. Zu dem gleichen Ergebnis kamen OKUI et al. (1998). Bei vorausgegangener intragastrischer Injektion von 0,1 ml Ammoniumlösung (10%ig) zur Magenulkusinduktion verwendeten sie den H. pylori-Stamm mit den Virulenzfaktoren CagA⁺, VacA⁺ und vakuolisierendes Zytotoxin (VT⁺) zur Infektion der Japanmakaken.

Zahlreiche Forschungsergebnisse aus Japan zur Karzinogenese an diesem Tiermodell liegen ebenso vor. FUJIOKA et al. (1997) war es in einer fünfjährigen Studie gelungen, eine persistente Kolonisation mit gleicher Prämedikation wie SHUTO et al. (1993) zu etablieren. Dabei verwendeten FUJIOKA und Mitarbeiter (1997) den H. pylori-Stamm OMU 92070 (CagA⁺, VacA⁺, VT⁺). Durch Messung der Zellproliferation über den immunhistochemischen Ki-67-Nachweis vermuteten die Autoren einen karzinogenen Effekt von H. pylori. Auch über Untersuchungen zum p53-Tumorsuppressorgen wurde ein Zusammenhang zwischen einer H. pylori-

Infektion und der Bildung von Magenkarzinomen bei Japanmakaken nahegelegt (KODAMA et al. 1998; FUJIOKA et al. 2002; MURAKAMI et al. 2002).

Japanmakaken bieten als Tiermodell sowohl Vorteile als auch Nachteile. Als Vorteil ist die nahe Verwandtschaft zum Menschen in Bezug auf Anatomie, Physiologie und Lebensdauer zu werten. Eine an die Situation beim Menschen angelehnte Simulation der chronischen H. pylori-Infektion über mehrere Jahre ist dadurch möglich. Neben der grundsätzlichen ethischen Problematik beim Einsatz nicht menschlicher Primaten wirken sich die hohen Anschaffungs- und Unterhaltskosten auf die Verwendung als Tiermodell nachteilig aus, so dass häufig nur kleine Tierzahlen in die Untersuchungen eingehen können.

2.2.8.3 Rhesusaffen (Macaca mulatta)

Auch zum Rhesusaffen liegen Untersuchungen zur Pathogenese experimenteller H.

pylori-Infektionen vor. In jüngerer Zeit hat sich dieses Tiermodell eine hervorragende Stellung zur Forschung auf dem Gebiet der Impfstoffentwicklung und der medizinischen Grundlagenforschung gesichert.

Anfängliche Arbeiten mit diesem Tiermodell beschäftigten sich mit der Frage, ob Makaken-assoziierte H. pylori-Bakterienstämme bei Rhesusaffen natürlich vorkommen und ob sich Rhesusaffen mit humanisolierten H. pylori-Stämmen infizieren lassen (EULER et al. 1990; DUBOIS et al. 1991, 1994; HANDT et al. 1997;

MATTAPALILL et al. 2000; SOLNICK et al. 2003).

HANDT et al. (1997) führten an einer Kolonie von 23 adulten Rhesusaffen (ein bis drei Jahre alt) verschiedene Nachweismethoden wie die kulturelle Anzüchtung der Bakterien, histologischer Nachweis, Ureaseschnelltest, Serum IgG-Titerbestimmung, ELISA (humaner Pyloristat Test), modifizierter ELISA (benutzt homologes H. pylori- Antigen und Anti-Rhesusaffen-Antikörper Konjugat) und PCR Analyse durch. Mit

einer Treffergenauigkeit von jeweils 91 % des PCR Testes und des modifizierten ELISA für H. pylori bewerteten die Autoren diese beiden Tests als wichtigste Methoden zur Überwachung und Selektion von Rhesusaffen für klinische Studien oder Langzeituntersuchungen zur Pathogenese. SOLNICK und Mitarbeiter (2003) untersuchten 20 neugeborene Rhesusaffen und Muttertiere mittels Gastroskopie alle vier Wochen mit regelmäßigen Magenbiopsien. Bereits im Alter von 12 Wochen waren acht neugeborene Rhesusaffen (40 %) kulturell H. pylori-positiv und nach einem Jahr lag die Prävalenz der Jungen bei 90 %. Aufgrund der signifikant hohen Infektionsrate von Neugeborenen mit infizierten Müttern in der 12. Lebenswoche vermuteten die Autoren, dass eine Übertragung der Bakterien in der peripartalen Periode stattfand. EULER und Mittarbeiter (1990) berichteten von natürlich vorkommenden H. pylori-Infektionen bei 12 Rhesusaffen. Die Arbeitsgruppe inokulierte über eine Nasenschlundsonde zwei Tiergruppen mit dem humanisolierten H. pylori-Stamm UC12228 (6 × 10⁸ KBE) oder dem Rhesusaffen-isolierten H. pylori- Stamm UC12476 (6 × 10⁶ KBE). Im Vergleich dazu wurde eine Gruppe mit Javaneraffen (Macaca fascicularis) mit dem humanisolierten H. pylori-Stamm 30785 (5 × 10⁹ KBE Inokulum) inokuliert. Die Versuchsgruppe der Javaneraffen konnte nicht mit einem H. pylori-Stamm infiziert werden, während die Rhesusaffengruppen für beide Stämme hochempfänglich (34 %) waren. Während EULER et al. (1990) in ihrer Studie ein natürliches Vorkommen von H. pylori bei Javaneraffen nicht bestätigen konnten, kamen REINDEL und Mittarbeiter (1999) zu einem anderen Ergebnis. Sie führten kulturelle, histologische und immunhistochemische Nachweise nach der Sektion der Tiere durch. Als Ergebnis stellten sie fest, dass sieben von 44 (16 %) Javaneraffen mit multifokalen Rötungen der Magenschleimhaut mit H. pylori infiziert waren. Darüber hinaus waren alle 63 untersuchten Javaneraffen dieser Studie Träger von „Large Gastrointestinal Spirals“ (LGIS).

DUBOIS et al. (1996) kamen zu ähnlichen Resultaten wie EULER et al. (1990). Bei Arbeiten mit vier humanen H. pylori-Stämmen (92-26, CagA⁺, VT⁺; 88-23, CagA⁺, VT⁺; U-1, Phänotyp unbekannt; U-2, CagA⁺, VT^-) und einem Rhesusaffen- assoziierten H. pylori-Stamm (788-2, CagA⁺, VT⁺) stellten sie fest, dass eine

experimentelle Infektion unterschiedlicher Dauer mit Human- und Makaken- assoziierten Bakterienstämmen möglich war, diese aber von dem Genotyp, der Physiologie und dem immunologischen Status des Wirtes und der Charakteristika des H. pylori-Stammes abhing. SOLNICK et al. (2001) versuchten vor einer experimentellen H. pylori-Infektion H. heilmannii-ähnliche Bakterien zu eradizieren.

Als Prämedikation wurden die Tiere mit Omeprazol (0,3 mg/kg oral), Clarithromycin (11 mg/kg oral), Bismuth Subsalicylat (20 mg/kg oral) und Amoxicillin (14 mg/kg oral) behandelt. Anschließend erfolgte eine weitere Behandlung der Tiere mit Cimetidin (10 mg/kg) eine Stunde vor der bakteriellen Inokulation mit dem humanen H. pylori- Stamm J166 (VacA⁺, CagA⁺). Die Mindestdosis einer oralen Infektion mit Cimetidinvorbehandlung lag bei 10⁴ KBE. Ohne eine Prämedikation konnte eine H.

pylori-Infektion bei allen Versuchstieren mit 10⁵ KBE dieses Stammes etabliert werden. MÄTZ-RENSING et al. (2001) versuchten über eine Vorbehandlung mit Amoxicillin (30mg/kg oral) und Metronidazol (30 mg/kg oral) die sogenannten „Large Gastrointestinal Spirals“ (LGIS) zu eradizieren, bevor zwei humanpathogene H.

pylori-Stämme (BO417 und BO418, jeweils VacA⁺, CagA⁺, FlaB⁺) über ein Gastroskop appliziert wurden. Zwar gelang der Gruppe über 18 Monate eine persistente Infektion mit einem der beiden humanpathogenen Bakterienstämme (BO417), sogenannte LGIS wurden aber erneut festgestellt.

DUBOIS et al. (1995) wiesen auf die Frage der Übertragungswege hin, die Autoren gingen aber von einer oral-oralen und fäkal-oralen Transmission ähnlich wie beim Menschen aus.

Studien zur Pathogenese zeigten, dass die krankhaften Veränderungen des Magens denen des Menschen sehr nahe kommen. Zu den Alterationen bei Rhesusaffen gehören eine chronisch aktive Gastritis mit Lymphfollikelbildung in der Lamina propria und damit einhergehender mononukleärer und neutrophiler Granulozyteninfiltration unter Ausbildung einer Schleimhautatrophie (DUBOIS 1998;

EATON 1999; MÄTZ-RENSING et al. 2001).

Große Bedeutung kommt inzwischen der Entwicklung von Impfstoffen unter Verwendung von rekombinanten H. pylori-Urease-Vakzinen zu. DUBOIS et al. (1998) zeigten bei zwei zu vergleichenden Tiergruppen mit oraler Applikation von entweder 8 mg rUrease + 25 µg LT oder Placebo + 25 µg LT eine deutliche Reduzierung des Gastritisgrades und der bakteriellen Besiedlung der Magenschleimhaut in der erstgenannten Gruppe. Die Autoren sprachen die Empfehlung aus, eine Impfung für Kleinkinder in Gebieten mit hohem Infektionsdruck durchzuführen. In einem ähnlichen Versuchsansatz kamen LEE et al. (1999) zu dem Schluss, dass die orale Vakzination mit 4 mg rUrease + 100 µg LT und anschließender parenteraler Boosterung mit 100 µg rUrease + 1 mg Alum^® (Aluminiumhydroxid) eine deutliche protektive Immunität gegen eine H. pylori-Infektion bewirkte.

In jüngster Zeit konzentrieren sich einige Untersuchungen unter Verwendung von Rhesusaffen auf die medizinische Grundlagenforschung. So gelang es MAHDAVI et al. (2002) das Sialyl-Dimer-Lewis-x Glycosphingolipid (sLex) als Wirtsrezeptor zu identifizieren. Die Autoren konnten zeigen, dass eine H. pylori-Infektion (dominanter Stamm J166, CagA⁺, Lewis-B-Blutgruppenantigen- und sLex-bindendes Isolat) die Bildung von Sialyl-Lewis-x Antigenen in der Magenmukosa stimuliert. Das entsprechende H. pylori-SabA-Adhäsin ermöglichte dem Bakterium die Adhärenz an die Magenschleimhaut. Dieses Adhäsin sahen die Autoren als mögliche Erklärung für die Virulenz und außerordentliche Chronizität der Infektion an. Eine signifikante Reduzierung der Adhärenz von H. pylori an Magenepithel und -drüsen konnten die Autoren mit einer nicht näher beschriebenen Vorbehandlung der Tiere mit einem sLex-Konjugat erreichen.

MATTAPALLIL et al. (2000) infizierten orogastrisch vier Rhesusaffen mit einem Rhesusaffen-isolierten H. pylori-Stamm N246C3 (CagA⁺, 2 x 10⁸ KBE). Die natürlich infizierten Tiere mußten sich vor der Inokulation einer Eradikationstherapie mit Omeprazol (0,3 mg/kg), Clarithromycin (11 mg/kg) Bismutsalicylat (20 mg/kg) und Amoxicillin (14 mg/kg) über zwei Wochen unterziehen. Die Autoren konnten zeigen, dass es unter einer akuten H. pylori-Infektion hauptsächlich zu einer CD4⁺-T-

Helferzellen-(Th1)-dominierten Immunantwort mit der Produktion von Tumor- Nekrose-Faktor-(TNF)-α, Interferon (IFN)-γ und Interleukin (IL)-2 kam. In der anormalen Dominanz der T-Helfer-Zellen-1 (Th1)-dominierten Immunantwort vermuteten MATTAPALLIL und Mitarbeiter (2000) den Grund, dass innerhalb von 12 Wochen noch keine Heilung erkennbar war.

DANDEKAR et al. (2003) verwendeten in ihrem Versuchsansatz einen humanisolierten H. pylori-Stamm (J 166, CagA⁺, VacA⁺) und inokulierten 10⁵ KBE in H. pylori-freie Affen. Sie beobachteten in den ersten acht Wochen einer H. pylori- Infektion eine deutliche Erhöhung der Fas-(F7 associated surface protein)-Liganden- Expression von CD4⁺-und CD8⁺-T-Zellen. Damit einhergehend war eine gesteigerte Apoptose von gastrischen T-Lymphozyten festzustellen. Die Autoren vermuteten, dass eine transiente Fas-vermittelte Apoptose bei gastrischen Lymphozyten eine kompensatorische Immunantwort auf die initiale T-Zell-Entzündungsantwort einer akuten H. pylori-Infektion war.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Tiermodell Rhesusaffe viele Vorteile im Vergleich zu anderen Tiermodellen hat. Das Immunsystem dieser Affen reagiert ähnlich wie das des Menschen und ist für den Rhesusaffen als wichtigsten Vertreter der in der biomedizinischen Forschung eingesetzten Altweltaffen sehr gut charakterisiert. Die Tiere stellen einen natürlichen Wirt für H. pylori dar, was die experimentelle Infektion erleichtert. Vergleichbare anatomische Voraussetzungen und die Größe der Tiere erlauben endoskopische Untersuchungen mit Biopsieentnahmen. Die lange Lebensspanne erlaubt Longitudinalstudien, was bei einer chronischen Infektionskrankheit sinnvoll ist. Allerdings wirken sich hohe Anschaffungs- und Unterhaltskosten negativ aus, so dass nur begrenzte Studien an kleinen Tierzahlen durchgeführt werden.

Vergleicht man die verschiedenen in der Literatur dokumentierten Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Tierspezies im Rahmen der H. pylori-

Forschung, so fällt auf, dass Makaken (M. mulatta, M. fuscata) eine herausragende Stellung einnehmen (Tab.1).

Tab. 1: Übersicht zur Verwendung von H. pylori-Tiermodellen in der Literatur

natür- liche Infektion

Etablie- rung der Infektion

Pharma-

kokinetik Therapie Trans- mission

Patho- genese

Ulkus- for- schung

Kanzero- genese

lokale Ent- zündungs- antwort

Virulenz- faktoren

Immun- antwort

Vakzine- regime

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+ + + +

++

++

Meer- schweinchen

Schimpansen

Helicobacter pylori-Forschungsansatz

+

Japan- makaken Rhesusaffen

Tierart

Katzen Hunde Schweine

Paviane Mäuse Ratten Gerbile

+ = Eignung, ++ = besondere Eignung

3 Eigene Untersuchungen

3.1 Material und Methoden

3.1.1 Tiermaterial

Für die Untersuchungen einer experimentellen H. pylori-Infektion standen vier Rhesusaffen (Macaca mulatta) zur Verfügung, wobei ein Tier als Kontrolltier diente (Tab. 2). Die Rhesusaffen stammten aus dem Zukauf (Fa. Laboratory Universal Breeders and Services, Yemasee, USA) eigens für Versuchszwecke gezüchteter Tiere und wurden in Einzelkäfigen mit verschiebbarer Rückwand in der Abteilung Virologie und Immunologie des Deutschen Primatenzentrums in einem Raum gehalten. Die Affen waren vor Beginn der Versuchsreihe zwischen zweieinhalb und vier Jahre alt und wogen zwischen 2,2 kg und 4,3 kg. Sie wurden vor Beginn des Experimentes untersucht und waren klinisch gesund. Im Differentialblutbild waren keine Abweichungen von der Norm zu bemerken. Die Mägen der Tiere waren klinisch unauffällig, frei von einer natürlichen H. pylori-Infektion, wiesen aber eine latente Besiedlung mit Large Gastrointestinal Spirals (LGIS) (Kap. 3.1.12.2) auf. Die Affen wurden mit Primatenkuchen (ssniff Spezialitäten GmbH, Soest) und Obst gefüttert, Wasser stand ihnen ad libitum zur Verfügung. Die Versuche wurden von der Bezirksregierung Braunschweig genehmigt (AZ 509.42502/08-08.98 V 3).

Tab. 2: Tiermaterial

Tiernummer Geburtsdatum Geschlecht Gewicht

7743 16.04.1994 männlich 4,3 kg

8156 01.01.1994 männlich 3,2 kg

9050 01.01.1996 männlich 2,2 kg

9048 01.01.1996 männlich 2,5 kg