Etablierung nicht invasiver Testsysteme zur Darstellung von Beeinträchtigungen und Schmerzen in einem Primatenmodell für Endometriose: Etablierung nicht invasiver Testsysteme zur Darstellung von Beeinträchtigungen und Schmerzen in einem Primatenmodell für Endometriose

Endometriose (EM) ist eine häufige gynäkologische Erkrankung, die bei betroffenen Frauen unter anderem mit chronischen Unterleibsschmerzen und Unfruchtbarkeit einhergeht (VALLE 2002). Bisher war es bei den zur Forschung verwendeten Modelltieren für EM (z.B. Rhesusaffe, ZONDERVAN et al. 2004; Weißbüschelaffe, EINSPANIER et al. 2006) nicht möglich festzustellen, ob bei ihnen schmerzhafte Beeinträchtigungen durch die Erkrankung bestehen. Um die Auswirkungen neuer Therapeutika auf das Wohlbefinden der Patientinnen bewerten zu können, werden Methoden benötigt, mit denen EM bedingte Beeinträchtigungen der Modelltiere dargestellt werden können. Daher war es das Ziel dieser Studie, bei einem Primatenmodell für EM, dem Weißbüschelaffen, neue nicht invasive Testsysteme zu etablieren, die zur Darstellung von EM bedingten Schmerzen und Beeinträchtigungen geeignet sind. Unter der Annahme, dass schmerzhafte Erkrankungen das Verhalten (WALLACE et al. 1990), die Beweglichkeit (FLECKNELL 1986) sowie die kognitiven Fähigkeiten (SMITH et al. 2006) der betroffenen Tiere beeinträchtigen können, wurden drei nicht invasive Testsysteme auf ihre Eignung untersucht, Schmerzen bei an EM erkrankten Weißbüschelaffen im Vergleich zu Kontrolltieren darzustellen. Zur Untersuchung des Verhaltens wurde die Videoüberwachung, für die motorischen Fähigkeiten der Futterbaum (modifiziert nach ROBERTS et al. 1993) und für die kognitiven Fähigkeiten der Wisconsin General Test Apparatus (WGTA, HARLOW 1949) sowie der Futterbaum verwendet. Im ersten Abschnitt dieser Studie wurde das Normalverhalten von neun Weißbüschelaffenpaaren per Videokamera über den gesamten Tagesverlauf von zwölf Stunden aufgezeichnet und unter anderem in Bezug auf Aktivität, soziale und eigene Körperpflege sowie Futter- und Wasseraufnahme analysiert. Der Verlauf der Tagesaktivität zeigte drei Maxima zwischen 7:00 und 8:00 Uhr, 11:00 und 12:00 Uhr sowie 14:00 und 15:00 Uhr, dabei war die ansteigende Aktivität als Futtersuchverhalten vor den Mahlzeiten zu werten. Das im ersten Abschnitt der Studie dargestellte Aktivitätsmuster wurde im zweiten Abschnitt verwendet, um die Versuche mit WGTA und Futterbaum besser in den Tagesverlauf der Tiere einzuordnen und darüber ihre Kooperativität zu steigern. Die Tiere führten die Tests immer zur gleichen Tageszeit durch, deshalb wurde somit eine optimale Vergleichbarkeit und Homogenität der Ergebnisse gewährleistet. Bei der Auswertung der Videodokumentation im zweiten Abschnitt dieser Studie zeigte sich, dass erkrankte Weibchen ihren Partner im Gegensatz zu den Kontrolltieren gar nicht pflegen (p=0,029) und die Aktivität der erkrankten Weibchen zwar deutlich, aber nicht signifikant (p=0,057) verringert war. Diese verringerte Aktivität ist möglicherweise ein Hinweis auf Schmerzen der an EM erkrankten Weibchen, während die nicht vorhandene soziale Körperpflege den partnerschaftlichen Problemen betroffener Frauen entsprechen könnte. In den ersten beiden kognitiven Tests mit dem WGTA führten die erkrankten Weibchen signifikant weniger Versuche pro Tag durch als die Kontrolltiere (p=0,006/ p=0,008). Darüber hinaus benötigten die erkrankten Tiere signifikant mehr Versuche, um den ersten Test zu verstehen (p=0,008). Diese Unterschiede zu den Kontrolltieren ließen sich in den folgenden drei Versuchsabschnitten nicht mehr nachweisen. Daraus lässt sich ableiten, dass die Weibchen mit EM sich schlecht auf neue Anforderungen einstellen und sich weniger lange auf eine gestellte Aufgabe konzentrieren können. Nach der International Primatological Society (MC CANN et al. 2007) kann eine verminderte Fähigkeit, sich auf neue Situationen einzustellen, als Anzeichen für Beeinträchtigungen gewertet werden. Bei der Auswertung der Futterbaum Testreihen, in denen sowohl kognitive als auch motorische Fähigkeiten der Tiere mit einer Art „Kletterbaum“ überprüft wurden, ergaben sich demgegenüber keine signifikanten Unterschiede zwischen der EM-Gruppe und den Kontrolltieren. Zusammenfassend eignen sich die Videodokumentation und der WGTA zur Darstellung von Beeinträchtigungen bei an EM erkrankten Weißbüschelaffen. Die beiden Testsysteme können in folgenden pharmakologischen Studien verwendet werden, um erstmals die Auswirkungen neuer Therapeutika auf das Wohlbefinden der Modelltiere zu bewerten. Zusätzlich ermöglichen die Ergebnisse dieser Studie ein Refinement (RUSSELL und BURCH 1959), da die bisher verwendeten invasiven Methoden (Laparoskopie, Laparotomie) zur Bewertung des Verhaltens der EM Läsionen unter einer Therapie ergänzt und sogar ersetzt werden könnten.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Endometriose 3 2.2 Tiermodelle für Endometriose 7 2.3 Methoden zur Darstellung von Beeinträchtigungen und Schmerzen bei Tieren 8 2.4 Der Weißbüschelaffe 10 3 Tiere, Material und Methoden 13 3.1 Tiere 13 3.2 Videodokumentation 16 3.3 Wisconsin General Test Apparatus (WGTA) 17 3.4 Futterbaum 20 3.5 Statistische Verfahren 22 4 Ergebnisse 24 4.1 Videodokumentation im ersten Studienabschnitt 24 4.2 Ergebnisse im zweiten Studienabschnitt 27 4.2.1 Videodokumentation 27 4.2.2 WGTA 29 4.2.3 Futterbaum 33 5 Diskussion 35 6 Zusammenfassung 41 7 Summary 43 8 Literaturverzeichnis 45 9 Anhang I 9.1 Paper „Behavioural tests as indicator for pain and distress in a primate endometriosis model“ eingereicht am 17.12.2009 bei Laboratory Animals I 9.2 Abstract zu dem Vortrag auf der 47. Wissenschaftlichen Tagung der Gesellschaft für Versuchstierkunde GV-SOLAS am 13.-15. September 2009 in Wien XIX 9.3 Abstract zu einem Poster, vorgestellt auf dem 7. Leipzig Research Festival for Life Sciences am 12. Dezember 2008 XX 9.4 Abstract zu dem Vortrag auf der 18. Tagung der DVG-Fachgruppe Physiologie und Biochemie am 9.-11. März 2008 in Leipzig XXI Danksagung Endometriosis (EM) is a common gynecological disease, which is known to cause chronic pelvic pain and infertility in women (VALLE 2002). Up to now, it was not possible to assess, whether the animal models for research (e.g. rhesus macaque, ZONDERVAN et al. 2004; common marmoset, EINSPANIER et al. 2006) suffer from pain or impairments due to the disease. Therefore, new test systems are needed to obtain pain and discomfort in animal models for EM to enable the validation of new therapeutic agents with a view to the patients well being. It was the aim of this study, to establish new non invasive test systems to investigate signs of discomfort in an animal model for EM, the marmoset monkey. Assuming that painful diseases can influence the behaviour (WALLACE et al. 1990), the mobility (FLECKNELL 1986) and the cognitive abilities (SMITH et al. 2006) of animals, three non invasive test systems were reviewed for their ability to detect EM associated pain in common marmosets. They were based on behaviour (videotaping), mobility and exploratory behaviour (food tree, modified after ROBERTS et al. 1993) and cognitive abilities (Wisconsin General Test Apparatus (HARLOW 1949) and food tree). In the first part of this study, the daily activity patterns, allo- and autogrooming as well as water and food intake of nine common marmoset couples were monitored over a 12-hour light phase by video recording. The animals showed a trimodal course of activity per day with maxima from 7:00-8:00h, 11:00-12:00h and 15:00-16:00h. These activity maxima represented foraging behaviour, as they were followed by frequent food intake phases. The knowledge of the daily activity patterns allowed to optimize the experimental conditions for the tasks with the food tree and the Wisconsin General Test Apparatus (WGTA; HARLOW 1949) in the second part of this study. As every animal solved the tasks at the same time of day, the comparability and homogeneity of the results were optimized. By analysing the video documentation in the second part of this study, the females with EM, in contrast to the control females, did not show any social grooming behaviour (p=0.029). Furthermore, their activity level was almost significantly decreased (p=0.057). This reduced activity could indicate towards pain in the diseased females, while the lack of social grooming is similar to partnership problems in diseased women. The WGTA tasks revealed, that the females with EM performed significantly less trials per day in the first two settings (p=0.006/ p=0.008) and needed more trials to solve the first setting than the control animals (p=0.008). Those differences between diseased females and control animals were not detectable in the following three settings of the WGTA tasks. These results demonstrate, that EM affected marmosets have difficulties to concentrate on cognitive tasks and to cope with new situations. According to the International Primatological Society (MC CANN et al. 2007), these difficulties to cope with new situations can be interpreted as signs of distress. The food tree, a kind of jungle gym, was used to assess the animals` cognitive abilities as well as their mobility, but there were no significant differences between the EM diseased females and the control animals. In conclusion, the videotaping and the WGTA are suitable methods to demonstrate signs for impairments due to EM in marmoset monkeys. In following pharmacological studies, both test systems will allow to evaluate the benefit of new therapeutic agents on the animal model`s well being. In addition, the results of this study can help to refine procedures by replacing invasive methods like laparotomy according to the Refinement of RUSSELL and BURCH (1959).:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Endometriose 3 2.2 Tiermodelle für Endometriose 7 2.3 Methoden zur Darstellung von Beeinträchtigungen und Schmerzen bei Tieren 8 2.4 Der Weißbüschelaffe 10 3 Tiere, Material und Methoden 13 3.1 Tiere 13 3.2 Videodokumentation 16 3.3 Wisconsin General Test Apparatus (WGTA) 17 3.4 Futterbaum 20 3.5 Statistische Verfahren 22 4 Ergebnisse 24 4.1 Videodokumentation im ersten Studienabschnitt 24 4.2 Ergebnisse im zweiten Studienabschnitt 27 4.2.1 Videodokumentation 27 4.2.2 WGTA 29 4.2.3 Futterbaum 33 5 Diskussion 35 6 Zusammenfassung 41 7 Summary 43 8 Literaturverzeichnis 45 9 Anhang I 9.1 Paper „Behavioural tests as indicator for pain and distress in a primate endometriosis model“ eingereicht am 17.12.2009 bei Laboratory Animals I 9.2 Abstract zu dem Vortrag auf der 47. Wissenschaftlichen Tagung der Gesellschaft für Versuchstierkunde GV-SOLAS am 13.-15. September 2009 in Wien XIX 9.3 Abstract zu einem Poster, vorgestellt auf dem 7. Leipzig Research Festival for Life Sciences am 12. Dezember 2008 XX 9.4 Abstract zu dem Vortrag auf der 18. Tagung der DVG-Fachgruppe Physiologie und Biochemie am 9.-11. März 2008 in Leipzig XXI Danksagung