Nach der Prionenhypothese ist die abnorme Isoform (PrPSc) die primäre oder einzige Komponente des Infektionserregers bei transmissiblen spongiformen Enzephalopathien (TSE). Die Bestätigung für die Diagnose von TSE beruht auf dem Immunnachweis von PrPSc durch Anwendung von immunhistochemischen (IHC) Protokollen und/oder westlichen Immunoblot-Methoden (WB) von Enzephalongeweben1.
IHC ist eine Methode, bei der monoklonale oder in einigen Fällen polyklonale Antikörper (als primäre Antikörper) als erster Schritt bei der Immunfärbung von spezifisch zielgerichteten Antigenen von Interesse, die sich in Zellen eines Gewebeschnitts befinden, verwendet werden. Jede effektive primäre Antikörper-Antigen-Bindung wird dann unter Verwendung von Sekundärantikörpern visualisiert, die für die primären Antikörper spezifisch sind. Diese sekundären Antikörper sind an Enzyme wie Meerrettichperoxidase (HRP) oder alkalische Phosphatase (AP) konjugiert. Die Visualisierung wird dann erreicht, indem diesen Enzymen ein Substrat hinzugefügt wird, wodurch unlösliche Farbprodukte entstehen, die in Bereichen lokalisiert sind, in denen die primären Antikörper an die Zielantigene gebunden sind. Eine verbesserte Visualisierung kann durch Gegenfärbung erreicht werden, wobei ein Farbstoff verwendet wird, um einen Kontrast zwischen immunmarkiertem und nicht immunmarkiertem Gewebezu erzeugen 2.
Bei IHC unter Verwendung von formalinfixiertem Paraffingewebe (FFPE) kann die Formalinfixierung die Wirksamkeit von Primärantikörpern aufgrund der Vernetzung durch Formaldehyd und Erwärmung und Dehydratisierung während der Paraffineinbettung zunichte machen. Diese verändern die Konformation von Proteinen, zerstören, denaturieren oder maskieren die Epitope, wodurch ihre Erkennung verringert oder aufgehobenwird 3. Dies erfordert daher eine Antigen-Retrieval (AR). Die AR-Techniken stören die Vernetzung der Formaldehyd-verwandten chemischen Gruppen in den antigenen Molekülen und stellen so die ursprüngliche Antigen-Protein-Konformation wieder her oder entlarven sie. Dies führt zur Wiederherstellung der Antikörper-Antigen-Affinität (Epitop) für die Immunmarkierung. Die letztendliche Wirksamkeit von AR hängt von den Eigenschaften des Zielantigens und/oder des Primärantikörpers2 ab.
Die Hitze-induzierte Antigen (Epitop) Retrieval (HIER) ist ein Verfahren von AR3 und wird routinemäßig für den PrPSc IHC-Nachweis verwendet, wie hierin beschrieben. IHC ist essentiell für die Diagnose und wird in Forschungslabors verwendet, um die Gewebeverteilung eines pathologieassoziierten Antigens zu bestimmen. Es wird unter anderem häufig bei der Diagnose und Erforschung von Krebs, Neurowissenschaften und Infektionskrankheiten4 eingesetzt. Bei TSE spielt IHC eine wichtige Rolle in der Diagnose und Forschung zur Bestätigung und Untersuchung der PrPSc-Verteilung in natürlichen Wirten und experimentellen Modellen. IHC trägt zu Prionen-Pathogenese-Studien und zur Analyse von PrP-Sc-Ablagerungstypen und -mustern bei, insbesondere in neuralen Geweben5, um Abweichungen von routinemäßig beschriebenen Infektionen zu erkennen und mutmaßliche neue Prionenstämme zu identifizieren.
Da Prionen der bovinen spongiformen Enzephalopathie (BSE) den Menschen infizieren können, können bestimmte Laborprotokolle, die an der Arbeit mit BSE beteiligt sind, die Verwendung von BSL-3-Einrichtungen und -Praktiken erfordern6. Dazu gehört die Verwendung eines versiegelten Sekundärbehälters für den Transport potenziell BSE-infizierter Gewebeproben innerhalb des Instituts und des Labors. Dazu gehört auch die Ausweisung von Eindämmungsbereichen und Prionen-Spezialgeräten für die BSE-Forschung und -Analyse, wann immer dies möglich ist. Dies geschieht, um eine Kontamination außerhalb des Arbeitsbereichs zu verhindern und einen begrenzten Raum zu schaffen, da Dekontaminationsverfahren erforderlich werden.
Dementsprechend befolgt das Labor für Pathologie des INIAV die empfohlenen Einrichtungen und Praktiken der Biosicherheitsstufe 3 (BSL-3) 6, um potenziell mit Prionen infizierte Gewebeproben von Rindern, kleinen Wiederkäuern und Hirschen im Zusammenhang mitder TSE-Überwachung zu verwalten.
Formalinfixierte und in Paraffin eingebettete Gewebe, die in TSE-Diagnose- oder Forschungsverfahren enthalten sind, insbesondere im Zentralnervensystem, können potenziell infektiös sein. Daher müssen diese fixierten Gewebe vor der Gewebeverarbeitung mit Ameisensäure behandelt werden, um die Infektiosität von Prionen, falls vorhanden, zu verringern. Dies geschieht durch Einlegen von fixierten, beschnittenen Geweben (ca. 2-4 mm Dicke) in eine Verarbeitungskassette. Die Kassette wird dann in 98% Ameisensäure getaucht (für 1 h). Nach dem Eintauchen werden die Kassetten mit Taschentüchern 30 Minuten lang in fließendem Leitungswasser gewaschen und vor der weiteren Verarbeitung in das Fixiermittel zurückgeführt. Wenn Gewebeschnitte vor der Verarbeitung nicht behandelt werden, müssen postmikrotomische Gewebeschnitte vor der histologischen Färbung mindestens 5 Minuten lang in unverdünnte Ameisensäure getaucht werden7. Das IHC-Protokoll für PrPSc enthält einen routinemäßigen Ameisensäure-Epitop-Demaskierungsschritt, der auch zur Inaktivierung von Prionen7 dient. Nach diesen Prion-Inaktivierungsschritten kann das resultierende fixierte Gewebe dann an BSL-2 unter Verwendung von Standard-BSL-2-Praktiken verarbeitet werden.
Die Mindestanforderung an die Gewebeentnahme für die TSE-Diagnose bei jedem Tier, das in die TSE-Überwachung einbezogen wird, ist die Entnahme des Hirnstamms (auf obex-Ebene). Darüber hinaus wird empfohlen, zum Nachweis von atypischer BSE und Scrapie auch einen Teil des Kleinhirns zu sammeln 1,8. Für die CWD-Diagnose sollten sowohl Hirnstamm (Obex) als auch retropharyngeale Lymphknoten getestet werden, da PrP Sc in lymphatischen Geweben ohne nachweisbares PrPSc in Obex9 nachgewiesen werden konnte, überprüft von Machado et al.10.
Der obex-Teil des Hirnstamms umfasst diagnostische TSE-Zielstellen, nämlich den dorsalen Vaguskern (DVN), den solitären Traktkern (STN) und den spinalen Traktkern des Trigeminusnervs (V). In diesen Bereichen kommt es auch in den frühen Stadien von BSE und klassischer Scrapie durchweg zu einer bilateralen PrP-Sc-Akkumulation. In klinischen Fällen von fortgeschrittener TSE zeigen alle Bereiche der grauen Substanz innerhalb des Hirnstamms eine weit verbreitete PrPSc-Verteilung 11.
Vor dem Schneiden und Verarbeiten werden die Hirnproben ausgewertet (Abbildung 1), um den Grad der Autolyse und das Vorhandensein von Gewebeschäden zu ermitteln, die möglicherweise die Eignung der Probe für eine IHC-basierte Bestätigungsdiagnose beeinträchtigen8. Um die Integrität der präparativen Protokolle und der Analyseergebnisse zu validieren, werden die TSE-positiven und -negativen Gewebeproben als Kontrollen in Verbindung mit der Präparation von Geweben aus Testfällen in jeden Assay einbezogen.

Abbildung 1: Das PrPSc IHC-Verfahren. Darstellung des schrittweisen Ablaufs des PrPSc IHC-Verfahrens von der Entparaffinisierung von Gewebeschnitten bis zur eventuellen Immunfärbung und Detektion (FFPE - Formalin-fixiertes Paraffin-eingebettet; Mab - monoklonaler Antikörper; DAB - 3,3' Diaminobenzidin). Diese Figur wurde BioRender.com erstellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.