Reproduzierbarkeit von Tiermodellen: Fallbeispiel eines Modells für Diabetische Retinopathie (DR) in transgenen TetO-Ratten

Abstract

This work aimed to investigate oxidative stress as a pathological component of diabetic retinopathy (DR). The focus was on whether increased expression of Nox4 (Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase 4) initiates the pathogenesis of DR, due to the metabolic state of type 2 diabetes. To test the hypothesis, a model was chosen that had been characterized several years earlier for studies of DR1. The so-called TetO model is based on transgenic rats2 whose name derives from the tetracycline-inducible knockdown of the insulin receptor (tetracycline-controlled transactivator, Tet-Off). Ophthalmological results published in 20171 suggested that this transgenic rat line is a promising new model for DR in type 2 diabetes. In contrast to previous applications of the model, the animals for my work were imported from different sub-strains of different origins. In this regard, the animals that had the furthest import route and came from breeding with a higher standard of hygiene showed an increased susceptibility to infectious colonization with opportunists in our experimental husbandry. For this group, which consisted predominantly of the normoglycemic control animals, analyses of oxidative stress, inflammation, and apoptosis in most cases revealed increased pathological levels compared with the hyperglycemic TetO animals. In addition, findings of anatomic retinal abnormalities accumulated in the histologic samples. Results published for this model regarding DR could not be reproduced in my experiments and my working hypothesis could not be tested based on the obtained data. Therefore, the present work will outline the aspects that generally pose a risk to the reproducibility and translation of animal experiments. In particular, the genetics of experimental animal strains will be addressed. For the case study described, it will be discussed if the anatomical abnormalities and the observed immunosuppression may also be due to gene drift within the used rat strains. My intention in publishing this work is to contribute to increasing awareness of the impact due to genetics, origin, and husbandry of experimental animals on our experimental results.

Im Rahmen dieser Arbeit sollte oxidativer Stress als pathologische Komponente der diabetischen Retinopathie (DR) untersucht werden. Im Fokus stand dabei die Frage, ob eine erhöhte Expression von Nox4 (Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADPH) - Oxidase 4), durch die Stoffwechsellage eines Typ 2 Diabetes, die Pathogenese der DR initiiert. Zur Testung der Arbeitshypothese wurde ein Modell gewählt, welches einige Jahre zuvor für Untersuchungen der DR charakterisiert wurde1 . Bei dem sogenannten TetO-Modell handelt es sich um transgene Ratten2 deren Name sich von dem Tetrazyklin-induzierbaren Knockdown des Insulinrezeptors ableitet (Tetracycline-controlled transactivator, Tet-Off). Die 2017 publizierten ophthalmologischen Ergebnisse1 sprachen dafür, dass es sich bei dieser transgenen Rattenlinie um ein vielversprechendes neues Modell für DR bei Typ 2 Diabetes handelt. Im Gegensatz zu bisherigen Anwendungen des Modelles, wurden die Tiere für meine Arbeit erstmals aus verschiedenen Substämmen unterschiedlicher Herkunft importiert. Dabei zeigten die Tiere, die den weitesten Importweg hatten und aus einem Zuchtbereich mit einem höheren Hygienestandard stammten, in unserer experimentellen Haltung eine erhöhte Anfälligkeit für die infektiöse Besiedlung mit Opportunisten. Für diese Gruppe, die überwiegend aus den normoglykämische Kontrolltiere bestand, ergaben die Analysen von oxidativem Stress, Inflammation und Apoptose vielfach einen erhöhten pathologischen Wert gegenüber den hyperglykämischen TetO-Tieren. Darüber hinaus häuften sich Befunde anatomischer Retinaanomalien in den histologischen Proben. Für dieses Modell publizierte Ergebnisse bezüglich einer DR ließen sich nicht reproduzieren und die Arbeitshypothese konnte anhand der gewonnenen Daten nicht getestet werden. In der vorliegenden Arbeit sollen daher die Aspekte dargelegt werden, die allgemein ein Risiko für die Reproduzierbarkeit und Translation von Tierversuchen darstellen. Dabei wird insbesondere auf die Genetik von Versuchtierlinien eingegangen. Für das beschriebene Fallbeispiel wird diskutiert, ob sich die anatomischen Auffälligkeiten und die beobachtete Immunsuppression möglicherweise auch auf einen Gendrift innerhalb der verwendeten Rattenlinien zurückführen lässt. Die veröffentlichte Arbeit soll dazu beitragen, das Problembewusstsein für die Beeinflussung experimenteller Ergebnisse durch Genetik, Herkunft und Haltung von Versuchstieren zu erhöhen.