Hier beschreiben wir den Aufbau und die Betriebsabläufe, einschließlich mikrobieller Eindämmungsmaßnahmen einer Anlage zur "Wilding von Mäusen" am Beispiel von Blutproben zur Immunphänotypisierung.
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Methodenartikel
* These authors contributed equally
Hier beschreiben wir den Aufbau und die Betriebsabläufe, einschließlich mikrobieller Eindämmungsmaßnahmen einer Anlage zur "Wilding von Mäusen" am Beispiel von Blutproben zur Immunphänotypisierung.
Die Verwendung von Labormäusen mit natürlichem Mikrobiom, wie z.B. "Wildling-Mäusen", bietet aufgrund ihrer großen Ähnlichkeit mit dem menschlichen Superorganismus ein vielversprechendes Forschungswerkzeug sowohl für die Grundlagen- als auch für die angewandte Wissenschaft. Die Zucht und der Erhalt dieser Mäuse, die ein vielfältiges Mikrobiom aus Bakterien, Viren und Parasiten beherbergen, stellen die Tierhaltungseinrichtungen an Forschungseinrichtungen jedoch vor große Herausforderungen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurde an der Charité - Universitätsmedizin Berlin ein spezielles Anlagenkonzept für die Unterbringung von "Wildling-Mäusen" entwickelt. Bei diesem Ansatz wurde eine Einrichtung mit spezifischen strukturellen Merkmalen und Betriebsprotokollen entworfen, um das natürliche Mikrobiom effektiv einzudämmen und so Bereiche mit höheren Hygienestandards zu schützen.
Es wird eine Methodik für die Blutentnahme sowohl von spezifizierten erregerfreien (SPF) als auch von "Wildling-Mäusen" für die Immunphänotypisierung demonstriert, wobei der Arbeitsablauf und die in der Einrichtung implementierten Biocontainment-Maßnahmen hervorgehoben werden. Bemerkenswerte Ergebnisse zeigen, dass "Wildling-Mäuse", die einem natürlichen Mikrobiom ausgesetzt sind, ausgeprägte Immunzellpopulationen entwickeln, die bei Mäusen, die gezüchtet und unter strengen Hygienebedingungen gehalten werden, deutlich reduziert sind.
Die Bedeutung dieser Studie liegt in ihrem Potenzial, Forschern Zugang zu Mäusen zu verschaffen, die ein natürliches Mikrobiom und ein ausgereiftes Immunsystem besitzen, das dem von erwachsenen Menschen ähnelt. Dieser Ansatz könnte die Übertragbarkeit präklinischer Erkenntnisse in die klinische Praxis verbessern und damit das Feld der biomedizinischen Forschung voranbringen.
Experimente an Mäusen sind in der Grundlagen- und angewandten Wissenschaft, wie z.B. in der präklinischen und toxikologischen Forschung, nach wie vor unverzichtbar. Die Standardisierung der Hygiene in Laborumgebungen, die darauf abzielt, biologisches Rauschen zu reduzieren und die Variabilität der Versuchsergebnisse zu minimieren, hat jedoch dazu geführt, dass die natürliche Mikrobiota weitgehend ausgeschlossen wurde. So unterscheiden sich die Bedingungen, unter denen hygienisch standardisierte, spezifizierte pathogenfreie (SPF) Labormäuse geboren und gehalten werden, von den realen Bedingungen, denen Mensch und Tier normalerweise ausgesetzt sind. Diese Diskrepanz zwischen Laborbedingungen und der natürlichen Umgebung, in der menschliche Krankheiten auftreten, führt zu dem "Standardisierungsirrtum": Die Annahme, dass die Minimierung der Variation der experimentellen Bedingungen die translationalen Ergebnisse verbessert. In der Realität schränkt sie jedoch die biologische Relevanz der Befunde ein 1,2. So hat die Forschung beispielsweise gezeigt, dass das Fehlen einer mikrobiellen und umweltbedingten Vielfalt bei SPF-Mäusen zu einem unterentwickelten Immunsystem führen kann, was die Gültigkeit immunologischer und präklinischer Studien untergräbt3.
Es wurden mehrere Ansätze vorgeschlagen, um die biologische Variation in Mausmodellen zu berücksichtigen, jeder mit seinen eigenen Vorteilen und Einschränkungen, einschließlich der gemeinsamen Unterbringung mit verwilderten Mäusen und Mäusen aus dem Zoohandel 3,4,5,6,7,8, der sequentiellen Exposition gegenüber Kommensalen9, der Haltung der Tiere in Außengehegen10 oder auf Einstreu von Großtieren11 und Kottransplantationen von wilden Mäusen12. Ein vielversprechendes neues Mausmodell für die präklinische und toxikologische Forschung ist das Modell "Wildling-Mäuse", das aus Standard-Labormausstämmen besteht, die ein natürliches Mikrobiom beherbergen13. Diese "Wildling-Mäuse" werden durch die Transplantation von Embryonen von Labormausstämmen in wild gefangene Mäuse erzeugt. Während der Geburt erwerben die Labormausstämme das natürliche Mikrobiom ihrer Leihmütter und ahmen die natürliche Impfung nach, die bei der Entbindung beim Menschen stattfindet13. "Wildling-Mäuse" können wie jeder andere Labormausstamm gezüchtet werden, wobei ihr natürliches Mikrobiom über Generationen hinweg erhalten bleibt.
"Wildling-Mäuse" beherbergen eine vielfältige Mikrobiota - darunter Bakterien, Viren und Parasiten -, die normalerweise von SPF-Mausanlagen ausgeschlossen sind. Folglich stellt die Aufrechterhaltung eines natürlichen Mikrobioms in Forschungseinrichtungen eine Herausforderung dar, da diese Mikroben eingedämmt werden müssen, ohne die allgemeinen SPF-Hygienestandards zu beeinträchtigen.
An der Charité - Universitätsmedizin Berlin wurde eine eigene Einrichtung für "Wildling-Mäuse" eingerichtet, die durch strenge Biocontainment-Maßnahmen von den SPF-Bereichen getrennt ist. Die Einrichtung umfasst Zucht- und Versuchsräume, die sicherstellen, dass das natürliche Mikrobiom der "Wildling-Mäuse" erhalten bleibt, während die SPF-Bereiche geschützt werden (Abbildung 1).
Die Gründerpaare der Charité-Kolonie wurden aus der Kolonie "Wilding mice" importiert, die an der Abteilung für Mikrobiomforschung des Universitätsklinikums Erlangen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) etabliert wurde. Sie werden vor dem Import der Koloniegründer mit einem Gesundheitszeugnis versehen und mit einem erweiterten Panel auf Zoonoseerreger überwacht. Sentinels werden eingesetzt, um das Mikrobiom im Laufe der Zeit zu überwachen. Sowohl SPF als auch "Wildling-Mäuse" werden unter den gleichen Bedingungen gehalten. Die Mäuse werden gezüchtet und bevorzugt in individuell beatmeten Käfigen (IVC) Typ II lange in Gruppen von fünf Mäusen gehalten. Die Temperatur in der Anlage beträgt 22 °C und der Hell-Dunkel-Zyklus 12 Stunden. Die Mäuse erhalten handelsübliches Getreide- und Leitungswasser. Eine Sterilisation von Einstreu und Anreicherungsgegenständen ist für "Wildling-Mäuse" nicht erforderlich. Das Autoklavieren dieser Gegenstände verhindert jedoch Materialverwechslungen in Bereichen, in denen SPF-Mäuse untergebracht sind.
In diesem Protokoll werden die Immunphänotypisierungsverfahren sowohl für SPF- als auch für "Wildling-Mäuse" demonstriert, wobei die strengen mikrobiellen Containment-Protokolle in der "Wildling-Maus"-Anlage hervorgehoben werden. Diese Maßnahmen gewährleisten die Integrität der SPF-Umgebung und bieten gleichzeitig die Vorteile der Arbeit mit Mäusen, die ein natürliches Mikrobiom tragen.

Abbildung 1: Layout der Anlage für Wildling-Mäuse. E1 = Zugang zur Anlage. Pfeile zeigen den Eingangsweg in die Anlage an. E2 = Zugang zur Laminar-Airflow-Kabine von außerhalb der Anlage. PA = Personenschleuse mit Luftdusche. AS = Luftdusche. R1, R2 = Räume für die Zucht von Wildlingmäusen. R3 = Platz für die Haltung von Wilding-Mäusen. R4 = Platz für die Haltung von SPF-Mäusen. PR1 = Behandlungsraum für SPF-Mäuse. PR2 = Behandlungsraum für Wildling-Mäuse. SB = sterile Arbeitsbank. EE = Notausgänge. CR = Umkleideraum vor der LAF-Kabine. LAF = laminare Luftstromkabine für Eingriffe unter schützender Luftströmung. A = Autoklav. ER = Technikraum. Grüne Pfeile stellen Routen dar, die bei der Arbeit mit SPF-Tieren zugänglich sind, und gelbe Pfeile zeigen Wege an, die für die Arbeit mit Wildling-Mäusen nach dem Luftduschen verfügbar sind. Blaue Pfeile zeigen den Zugang nur für das Haltungspersonal an. Die rote Linie markiert die Glaswand im Inneren der LAF-Kabine, die den Raum in zwei Bereiche unterteilt, die entweder von E1 über PR2 oder von E2 über CR zugänglich sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Die Anlage zur "Wildhaltung von Mäusen" und Verfahren mit lebenden Tieren wurden vom zuständigen Landesamt für Gesundheit und Soziales Berlin (LAGeSo) genehmigt. Die wichtigsten Schritte des Protokolls sind in Abbildung 2 zusammengefasst.
1. Zugang zur Anlage Wilding erhalten
2. Betreten der Anlage für "Wildling-Mäuse"
3. Blutentnahme von SPF-Mäusen im SPF-Bereich
4. Betreten des Bereichs für "Wildling-Mäuse"
5. Blutentnahme von "wilden Mäusen"
6. Export von Blutproben aus dem Bereich "Wildling-Mäuse" über den Laminar-Airflow-Schrank (LAF)
HINWEIS: Der Operationssaal (PR2) enthält einen LAF-Schrank, der als Materialschleuse und steriler Interventionsraum dient. Die Proben werden über die LAF-Kabine abtransportiert. Der Innenraum ist sowohl von innen (über E1 und PR2) als auch von außen (über E2 und CR) über das Wildling-Areal zugänglich und wird in der Mitte durch eine Glaswand mit Schiebetür geteilt (Bild 1). Für den Export von Materialien sind zwei Personen erforderlich: Person 1 (innerhalb des Wildling-Bereichs [über PR2]) führt die Schritte 6.1 und 6.2 aus. Person 2 (außerhalb des Wildling-Bereichs [über E2]) führt die Schritte 6.3-6.5 aus.
7. Verlassen der Anlage für "Wildling-Mäuse"
8. Aufbereitung und Analyse von Blutproben
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"Wilde Mäuse" beherbergen möglicherweise Mikroorganismen, die normalerweise von SPF-Anlagen ausgeschlossen sind, was eine Herausforderung für die Tierhaltung in Forschungseinrichtungen darstellt, die strenge Hygienestandards einhalten. In den letzten 4 Jahren haben Wissenschaftler und Tierärzte der Charité - Universitätsmedizin Berlin und des Deutschen Zentrums zum Schutz von Labortieren (Bf3R) eine Einrichtung für Mäuse mit einem natürlichen Mikrobiom entwickelt, die in Zusammenarbeit strenge Biocontainment-Maßnahmen um...
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Mäuse mit einem natürlichen Mikrobiom sind aufgrund ihrer größeren Ähnlichkeit mit dem menschlichen Superorganismus ein vielversprechendes Forschungsinstrument für die Grundlagen- und angewandte Wissenschaft 3,9,10,11,12. Versuche, biologische Komplexität in Mausmodelle zu integrieren, haben zur Entwicklung verschiedener Ansät...
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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Diese Arbeit wurde unterstützt von Charité 3R| Ersetzen - Reduzieren - Verfeinern. S.P.R. wurde gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Emmy Noether-Programm RO 6247/1-1 (Projekt-ID 446316360), das DFG-SFB1160 IMPATH (Projekt-ID 256073931) und den TRR 359 PILOT (Projekt-ID 491676693). S.J. wurde gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) JO 1216/2-1 und der Deutschen Multiple Sklerose Gesellschaft (DMSG e.V.).
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Alexa Fluor 700 Anti-Maus CD45 Antikörper | BioLegend | 103127 | Klon 30F-11 |
| Tierfutter | Altromin | 1324 | |
| APC Anti-Maus CD4 Antikörper | BioLegend | 100515 | Klon RM4-5 |
| Blutentnahmeröhrchen | Greiner | 450475 | MiniCollect K3E, K3EDTA |
| Rinderserum Albumin | Sigma-Aldrich | A9647-100G | |
| Brilliant Violet 605 Anti-Maus-TCR-Beta-Ketten-Antikörper | BioLegend | 109241 Klon H57-597 | |
| Brilliant Violet 785 Anti-Maus-CD8-Antikörper | BioLegend | 100749 | Clone 53-6.7 |
| Kapillar-Hirschmann | 9000210 | Hirschmann-Minicaps, Na-Hep | |
| EDTA | Corning | 46-034-CI | |
| FITC Anti-Maus-CD44-Antikörper | BioLegend | 103021 | Clone IM7 |
| PerCP/Cyanin5.5 Anti-Maus-CD62L-Antikörper | BioLegend | 104431 | Clone MEL-14 |
| Phosphatgepufferte Kochsalzlösung (10x) | Gibco | 12579099 | |
| Phosphatgepufferte Kochsalzlösung (1x) | Gibco | 14190094 | |
| RBC-Lysingpuffer | BioLegend | 420302 | |
| Polystyrolröhrchen mit rundem Boden | Sarstedt | 55.476.005 | |
| SYTOX Blue Dead Cell Stain | Invitrogen | S34852 | |
| Tyvek overall (DuPont) | Fisher | Scientific 11371633 |
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