Volgens de prionhypothese is de abnormale isovorm (PrPSc) de primaire of enige component van het infectieuze agens in overdraagbare spongiforme encefalopathieën (TSE's). Bevestiging voor de diagnose van TSE is gebaseerd op immunodetectie van PrPSc door toepassing van immunohistochemie (IHC) protocollen en/of westerse immunoblotmethoden (WB) van encefalonweefsels1.
IHC is een methode waarbij monoklonale of, in sommige gevallen, polyklonale antilichamen (als primaire antilichamen) worden gebruikt als eerste stap in immunostaining van specifiek gerichte antigenen van belang in cellen van een weefselsectie. Elke effectieve primaire antilichaam-antigeenbinding wordt vervolgens gevisualiseerd met behulp van secundaire antilichamen die specifiek zijn voor de primaire antilichamen. Deze secundaire antilichamen worden geconjugeerd aan enzymen, zoals mierikswortelperoxidase (HRP) of alkalische fosfatase (AP). Visualisatie wordt vervolgens bereikt door een substraat aan deze enzymen toe te voegen, waardoor onoplosbare kleurproducten worden geproduceerd die zijn gelokaliseerd in gebieden waar de primaire antilichamen zijn gebonden aan de beoogde antigenen. Verbeterde visualisatie kan worden bereikt door counterstaining, waarbij een kleurstof wordt gebruikt om een contrast te creëren tussen immunogelabeld en niet-immunogelabeld weefsel2.
Met IHC met behulp van formaline-gefixeerde paraffine-ingebedde weefsels (FFPE), kan formalinefixatie de effectiviteit van primaire antilichamen tenietdoen als gevolg van cross-linking door formaldehyde en verwarming en uitdroging tijdens paraffine-inbedding. Deze veranderen de conformatie van eiwitten, vernietigen, denatureren of maskeren de epitopen, waardoor hun detectie wordt verminderd of ingetrokken3. Als zodanig vereist dit antigeen retrieval (AR). De AR-technieken verstoren formaldehyde-gerelateerde chemische groep cross-linking in de antigene moleculen, waardoor de oorspronkelijke antigeen-eiwitconformatie wordt hersteld of ontmaskerd. Dit resulteert in het herstellen van de antilichaam-antigeen (epitoop) affiniteit voor immunolabeling. De uiteindelijke werkzaamheid van AR hangt af van de kwaliteiten van het beoogde antigeen en/of het primaire antilichaam2.
Heat-induced antigen (epitope) retrieval (HIER) is een procedure van AR3 en wordt routinematig gebruikt voor PrPSc IHC-detectie, zoals hierin beschreven. IHC is essentieel voor de diagnose en wordt gebruikt in onderzoekslaboratoria om de weefselverdeling van een pathologie-geassocieerd antigeen te bepalen. Het wordt veel gebruikt bij het diagnosticeren en onderzoeken van kanker, neurowetenschappen en infectieziekten4, onder anderen. Voor TSE's speelt IHC een belangrijke rol in diagnose en onderzoek voor het bevestigen en onderzoeken van PrPSc-distributie in natuurlijke gastheren en experimentele modellen. IHC draagt bij aan prionpathogenesestudies en de analyse van PrP Sc-depositietypen en -patronen, namelijk in neurale weefsels5, om afwijkingen van routinematig beschreven infecties te detecteren en vermeende nieuwe prionstammen te identificeren.
Omdat prionen van boviene spongiforme encefalopathie (BSE) de mens kunnen infecteren, kunnen bepaalde laboratoriumprotocollen die betrokken zijn bij het werk met BSE het gebruik van BSL-3-faciliteiten en -praktijken vereisen6. Deze omvatten het gebruik van een verzegelde secundaire container om potentiële met BSE geïnfecteerde weefselmonsters binnen het instituut en het laboratorium te vervoeren. Het omvat ook het aanwijzen van inperkingsgebieden en prionspecifieke apparatuur voor BSE-onderzoek en -analyse, waar mogelijk. Dit wordt gedaan om besmetting buiten het werkgebied te voorkomen en een besloten ruimte te bieden, omdat decontaminatieprocedures noodzakelijk worden.
Dienovereenkomstig volgt het Laboratorium voor Pathologie van INIAV de aanbevolen bioveiligheidsniveau-3 (BSL-3) faciliteiten en praktijken6 om potentiële prion-geïnfecteerde monsters van weefsels van runderen, kleine herkauwers en hertachtigen in verband met de TSE-surveillance te beheren.
Formaline-gefixeerde en paraffine-ingebedde weefsels opgenomen in TSE diagnostische of onderzoeksprocedures, vooral in het centrale zenuwstelsel, kunnen potentieel besmettelijk zijn. Daarom moeten deze vaste weefsels worden behandeld met mierenzuur om de infectiviteit van prionen, indien aanwezig, voorafgaand aan weefselverwerking te verminderen. Dit wordt uitgevoerd door vaste, bijgesneden weefsels (ongeveer 2-4 mm dikte) in een verwerkingscassette te plaatsen. De cassette wordt vervolgens ondergedompeld in 98% mierenzuur (gedurende 1 uur). Na onderdompeling worden de cassettes met weefsels gedurende 30 minuten in stromend leidingwater gewassen en teruggebracht naar het fixatief voor verdere verwerking. Als weefselsecties niet vóór de verwerking worden behandeld, moeten postmicrotomische weefselsecties gedurende ten minste 5 minuten vóór histologische kleuring in onverdund mierenzuur worden ondergedompeld7. Het IHC-protocol voor PrPSc bevat een routinematige mierenzuur-epitoop-ontmaskeringsstap, die ook dient om prionen7 te inactiveren. Na deze prioninactiveringsstappen kunnen de resulterende vaste weefsels vervolgens worden verwerkt bij BSL-2 met behulp van standaard BSL-2-praktijken.
De minimale weefselbemonsteringsvereiste voor TSE-diagnose bij elk dier dat onder TSE-surveillance valt, is het verzamelen van de hersenstam (op obex-niveau). Bovendien wordt voor het opsporen van atypische BSE en scrapie geadviseerd om ook een deel van het cerebellum te verzamelen 1,8. Voor CWD-diagnose moeten zowel hersenstam (obex) als retrofaryngeale lymfeklieren worden getest, omdat PrP Sc kan worden gedetecteerd in lymfoïde weefsels zonder detecteerbare PrPSc in obex9, beoordeeld door Machado et al.10.
Het obex-gedeelte van de hersenstam omvat diagnostische TSE-doellocaties, namelijk de dorsale vagale kern (DVN), solitaire tractuskern (STN) en spinale tractuskern van de trigeminuszenuw (V). Deze gebieden vertonen consequent bilaterale PrP Sc-accumulatie, zelfs in de vroege stadia van BSE en klassieke scrapie. In klinische gevallen van gevorderde TSE vertonen alle grijze stofgebieden in de hersenstam een wijdverspreide PrPSc-distributie 11.
Voordat de hersenmonsters worden gesegmenteerd en verwerkt, worden ze geëvalueerd (figuur 1) om het niveau van autolyse en de aanwezigheid van weefselschade vast te stellen die mogelijk de geschiktheid van het monster voor IHC-gebaseerde bevestigende diagnose8 in gevaar brengt. Om de integriteit van de voorbereidende protocollen en de analyseresultaten te valideren, worden de positieve en negatieve weefselmonsters van TSE opgenomen als controles in combinatie met de bereiding van weefsels uit testgevallen in elke test.

Figuur 1: De PrPSc IHC procedure. Representatie van de stapsgewijze volgorde van de PrPSc IHC-procedure van deparaffinisatie van weefselsecties tot uiteindelijke immunostaining en detectie (FFPE - Formaline-fixed paraffine-embedded; Mab - monoklonaal antilichaam; DAB - 3,3' diaminobenzidine). Deze figuur is gemaakt in BioRender.com. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.