Interpretation der klinischen Pathologie bei Hunden und nichtmenschlichen Primaten in präklinischen Studien

Hunde undnichtmenschliche Primaten (NHPs), insbesondere Beagle-Hunde und Cynomolgus- oder Rhesusaffen, sind wesentliche Großtiermodelle in der präklinischen Arzneimittelentwicklung. Ihre physiologischen Ähnlichkeiten zum Menschen bieten einen translationalen Wert für Sicherheit, Pharmakologie und Biomarkerbewertung.

Im Gegensatz zu Nagetieren sind bei großen Tieren wiederholte Blutentnahmen und größere Probenmengen möglich, was eine gleichzeitige Probenentnahme ermöglichtPharmakokinetik (PK), toxikokinetisch (TK)und klinische Pathologiebeurteilungen. Die Interpretation klinischer Pathologiedaten dieser Arten wird jedoch durch biologische Variabilität, Studiendesign, tierische Herkunft und experimentelle Verfahren erschwert. Um echte testartikelbezogene Toxizität von physiologischer Drift oder Verfahrensartefakten unterscheiden zu können, ist ein umfassendes Verständnis dieser Variablen erforderlich.

In Großtierstudien sind die Kohortengrößen aufgrund ethischer und praktischer Zwänge von Natur aus begrenzt. Daher sind die Basisdaten vor der Einnahme von entscheidender Bedeutung. Durch die Durchführung mehrerer Bewertungen vor der Dosis können Forscher:

• Richten Sie jedes Tier als seine eigene Längskontrolle ein.
• Quantifizieren Sie die individuelle biologische Variabilität.
• Identifizieren und schließen Sie Ausreißer oder ungesunde Tiere vor der Randomisierung aus.
• Unterscheiden Sie durch den Umgang-induzierte Stressreaktionen von der Grundphysiologie.

Die individuelle Variation ist bei NHPs im Vergleich zu speziell gezüchteten Nagetieren oder Hunden besonders ausgeprägt. Zu den Ausgangsanomalien gehören häufig schwankende Erythrozytenparameter, sporadische Erhöhungen der Leberenzyme oder atypische Proteinprofile. Wenn sich diese Basislinienvariationen mit dem erwarteten pharmakologischen Ziel oder dem toxikologischen Profil des Testartikels überschneiden, dient das Screening vor der Dosis als primärer Mechanismus zur Verhinderung falsch{4}positiver Interpretationen.

Eine häufige Blutentnahme zur pharmakokinetischen Profilierung kann iatrogene hämatologische Veränderungen hervorrufen. Eine hohe-Häufigkeit oder-Volumenblutentnahme führt häufig zu Rückgängen bei:

• Anzahl der roten Blutkörperchen (RBC).
• Hämoglobin (Hgb)-Konzentration
• Hämatokrit (Hct)
• Gesamtprotein und Albumin (aufgrund der Hämodilution)

Bei intakter Knochenmarksfunktion gehen diese mikrozytären oder normozytären Veränderungen typischerweise mit einer kompensatorischen Retikulozytose einher. Daher müssen leichte Rückgänge der Erythronparameter mit den gesamten während der Studie entnommenen Blutvolumina abgeglichen werden.

NHP-Protokolle erfordern routinemäßig eine Anästhesie zur Fixierung, Bildgebung oder invasiven Probenahme. Die Wahl und Dauer der Anästhesie hat direkten Einfluss auf die Ergebnisse der klinischen Pathologie. Anästhesierte Tiere weisen im Vergleich zu wachen, manuell fixierten Kohorten häufig veränderte Leukozytenverteilungen und verschobene Elektrolytprofile auf. Darüber hinaus können Liegen und intramuskuläre Anästhesieinjektionen ein subklinisches Muskeltrauma verursachen, das zu deutlichen Spitzen der Kreatinkinase (CK) führt. Konsistente Probenahmetechniken und standardisierte Anästhesieprotokolle sind in allen Studienphasen obligatorisch.

Zu den weiteren Variablen des Studiendesigns, die einer strengen Kontrolle bedürfen, gehören:

• Tieralter und Entwicklungsstadium
• Fastendauer und Zeitpunkt im Verhältnis zur Sammlung
• Reihenfolge der Stichprobe innerhalb einer Kohorte
• Verabreichungsweg und -geschwindigkeit
• Komponierende experimentelle Verfahren (z. B. chirurgische Dosierung, kontinuierliche Infusionen)

Hunde und NHPs haben eine längere Lebensdauer der Erythrozyten als Nagetiere, was die Kinetik der Anämieentwicklung und der Knochenmarkserholung verändert. Nach einem akuten Blutverlust zeigen große Tiere einen niedrigeren Retikulozyten-Ausgangswert und eine langsamere Regenerationsreaktion.

Bei Makaken korrelieren die grundlegenden Erythrozyteneigenschaften (wie das mittlere Blutkörperchenvolumen) mit der geografischen Herkunft (z. B. chinesische vs. kambodschanische vs. mauritische Javaneraffen). Durch die Verwendung von Tieren aus einer einzigen geografischen Quelle wird der Grundrauschen minimiert. Darüber hinaus können subklinische Hintergrunderreger (wie Hämoparasiten oder latente Virusinfektionen) die Erythropoese unterdrücken und müssen während der Quarantäne ausgesiebt werden.

Leukozytenprofile sind hochspezies-spezifisch. Hunde sind von Neutrophilen-dominant, wohingegen gesunde NHPs eine ausgewogenere oder Lymphozyten-dominante Verteilung aufweisen. Diese Grundunterschiede bestimmen unterschiedliche Manifestationsmuster während einer systemischen Entzündung.

Darüber hinaus lösen körperliche Zurückhaltung, neue Umgebungen oder Angst eine schnelle Katecholamin- und Glukokortikoidfreisetzung aus. Diese Stressreaktion induziert eine marginale Poolmobilisierung, die sich als vorübergehende Neutrophilie und Lymphopenie äußert. Da NHPs sehr empfindlich auf den Umgang mit Stress reagieren, sollten isolierte Veränderungen der Anzahl weißer Blutkörperchen -ohne entsprechende klinische Anzeichen oder histopathologische Hinweise auf eine Gewebeentzündung- mit Vorsicht interpretiert werden.

Die Koagulationskinetik variiert je nach Art. Die Baseline-Prothrombinzeit (PT) ist bei Hunden von Natur aus kürzer als beim Menschen, und idiosynkratische Faktormängel können bei einzelnen Hunden zu einer isolierten, nicht-medikamentös-bedingten PT-Verlängerung führen. In NHP-Studien reagieren Tests zur aktivierten partiellen Thromboplastinzeit (APTT) sehr empfindlich auf die Variabilität der Reagenziencharge und die Probenhandhabung (z. B. teilweise Gerinnung während der Sammlung). Wenn die Gerinnungskaskade ein bekanntes Ziel des Testobjekts ist, sind eine genaue Übereinstimmung der Basislinien und einheitliche Reagenzienchargen unerlässlich.

Alaninaminotransferase (ALT) ist ein Standard-Biomarker für hepatozelluläre Leckagen. Bei jungen, gezielt-gezüchteten Beagle-Hunden sind die ALT-Ausgangswerte eng, was die Erkennung subtiler, durch die Behandlung-induzierter Leberveränderungen ermöglicht. Im Gegensatz dazu weisen ältere Hunde und NHPs größere physiologische Unterschiede auf.

Bei Makaken kommt es aufgrund von Leberveränderungen im Hintergrund oder subklinischen Virusausbrüchen häufig zu vorübergehenden, selbstlimitierenden ALT-Spitzen. Folglich erfordern einzelne -Punkterhöhungen der Leberenzyme eine Bestätigung durch gleichzeitige Biomarker (z. B. Aspartataminotransferase, Gesamtgallensäuren), funktionelle Tests und eine histopathologische Bewertung.

Alkalische Phosphatase (ALP) und Gamma--Glutamyltransferase (GGT) dienen als Indikatoren für hepatobiliäre oder cholestatische Erkrankungen. Während ALP bei Hunden sehr empfindlich auf Cholestase reagiert, ist es bei NHPs aufgrund der signifikanten Knochen- und Darm-Isoenzymbeiträge weniger spezifisch, insbesondere bei jungen, heranwachsenden Tieren. GGT ist in NHP-Modellen oft ein zuverlässigerer Gallenmarker.

Blutharnstoffstickstoff (BUN) und Serumkreatinin bleiben die Standardindikatoren der glomerulären Filtration, obwohl sie gegenüber einer Nierenfunktionsstörung im Frühstadium unempfindlich sind. Hunde haben für diese Analyten relativ enge physiologische Bereiche, was die Identifizierung leichter Nierenveränderungen vereinfacht. Im Gegensatz dazu weisen NHPs einen breiten Grundlinienbereich auf, wodurch subtile Verschiebungen schwieriger zu charakterisieren sind.

Da BUN durch den Proteinkatabolismus, die Nahrungsaufnahme und den Hydratationszustand beeinflusst wird, muss er zusammen mit Kreatinin interpretiert werden. Die Urinanalyse liefert den wesentlichen Kontext, aber die Probenentnahme bei großen Tieren -die oft eine Sammlung über Nacht in der Pfanne erfordert- birgt das Risiko der Verdunstung, der Fäkalienkontamination oder des Zellabbaus. Wenn Nephrotoxizität im Vordergrund steht, wird eine zeitgesteuerte, ultraschallgesteuerte Zystoskopie oder ein spezielles metabolisches Caging empfohlen.

Erhöhungen der Kreatinkinase (CK) kommen in NHP-Studien häufig vor. Sie werden häufig eher durch physische Erfassung, Fixierung, intramuskuläre Injektionen oder längeres Liegen unter Narkose als durch systemische Testartikeltoxizität verursacht. Um Fehlinterpretationen vorzubeugen, sollten isolierte CK-Spitzen anhand von Folgendem bewertet werden:

• Chronologische Nähe zu belastenden Ereignissen oder Injektionen
• Klare Dosisabhängigkeit-über Behandlungsgruppen hinweg
• Ko-Aktivierung spezifischerer Gewebemarker
• Gleichzeitige Veränderungen der Aspartataminotransferase (AST) und der Laktatdehydrogenase (LDH)

Für die Beurteilung der Kardiotoxizität sollten kardiale Troponine (I oder T) verwendet werden, da sie sowohl bei Hunden als auch bei NHPs eine überlegene Kardiospezifität gegenüber herkömmlichen enzymatischen Markern bieten.

Der Glukose- und Lipidstoffwechsel in NHPs reagiert sehr empfindlich auf Umweltstressoren und Ernährungsumstellungen. Der Umgang mit der -induzierten Adrenalinfreisetzung löst routinemäßig eine schnelle Glykogenolyse aus, was zu einer vorübergehenden Hyperglykämie führt. Auch Fütterungspläne führen zu starken Schwankungen der Serumtriglyceride und des Cholesterins.

NHPs weisen auch höhere und variablere Grundproteinkonzentrationen im Serum auf als Nagetiere. Verschiebungen in den Albumin- und Globulinfraktionen spiegeln häufig nicht-spezifische akute -Phasenentzündungsreaktionen auf Eingriffe, subklinische Infektionen oder veränderte Ernährungszustände wider und nicht eine direkte Zielorgantoxizität.

Die Serumelektrolytkonzentrationen, insbesondere Natrium, Kalium und Chlorid, unterliegen aufgrund des Hydratationsstatus, Säure-Base-Ungleichgewichten durch Anästhesie-induzierter Atemdepression oder Probenhämolyse schnellen Veränderungen der NHPs.

Die Gesamtkalziumkonzentration ist direkt an Serumalbumin gebunden. Folglich müssen Veränderungen des Gesamtkalziums mathematisch oder physiologisch um den Albuminspiegel korrigiert werden; Veränderungen des Gesamtkalziums weisen nicht unbedingt auf eine biologisch relevante Verschiebung der funktionellen, ionisierten Kalziumfraktion hin.

Die Interpretation klinischer Pathologiedaten bei Hunden und nichtmenschlichen Primaten geht über standardmäßige statistische Vergleiche zwischen Vehikel- und Behandlungsgruppen hinaus. Biologische Variabilität, Abweichungen von der Basislinie, Aderlassartefakte, Anästhesie und der Umgang mit Stress führen häufig zu verwirrenden Daten.

Eine genaue Sicherheitsbewertung beruht auf der ganzheitlichen Integration klinischer Pathologieparameter mit Parametern des Studiendesigns, klinischen Echtzeitbeobachtungen, pharmakokinetischen Expositionsdaten und definitiven histopathologischen Ergebnissen. Ein strenger, speziesspezifischer Ansatz für diese Datensätze ist von entscheidender Bedeutung, um präklinische Ergebnisse in genaue Risikobewertungen für den Menschen umzusetzen.

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Hall, RL, & Everds, NE (2003). Faktoren, die die Interpretation der klinischen Pathologie von Hunden und nichtmenschlichen Primaten beeinflussen.Toxikologische Pathologie, 31(1_suppl), 6-10. DOI: 10.1080/01926230390174878