Intrauterine Immunisierung als industriefreundliche Form der Impfung bei Schweinen

Impfstoffe für die Nutztierindustrie

Impfstoffe werden eingesetzt, um die Verbreitung von Krankheiten zu verhindern, die durch Mikroorganismen verursacht werden. Erfolgreiche Impfstoffe beugen Krankheiten bei einzelnen Tieren vor und verhindern auch die Übertragung von Bakterien und Viren innerhalb eines Bestands. Wenn die Übertragung von Bakterien durch eine geringere Ausscheidung reduziert wird, besteht weniger Bedarf an Antibiotika und die Wahrscheinlichkeit, dass Bakterien gegen Antibiotika resistent werden, sinkt. Impfstoffe sind eine wichtige Alternative zu Antibiotika und unerlässlich, um die Gesundheit der Schweine und die Rentabilität des landwirtschaftlichen Betriebs zu erhalten.

Formen der Immunisierung

Impfstoffe werden traditionell in den Muskel gespritzt, aber bei Nutztieren kann die intramuskuläre Injektion für die Tierwirte arbeitsaufwändig und für die Tiere mit Stress verbunden sein und ein Sicherheitsrisiko durch abgebrochene Nadeln und versehentliche Nadelstiche darstellen. Es werden alternative Impfstrategien benötigt, die Massenimpfprogrammen leicht an angepasst werden können, wie z. B. die Verabreichung oraler Impfstoffe über das Wasser oder Futter. Es ist jedoch schwierig nachzuvollziehen, wie viel Impfstoff jedes Tier in einem Stall erhält, wenn er über das Futter oder Wasser verabreicht wird.

Alternative Impfstoffstrategie (intrauterin)

Damit die Schweineindustrie eine wirksame Impfstrategie einsetzen kann, müssen die Impfstoffe nicht nur vor der Krankheit schützen, sondern auch leicht zu verabreichen sein und sich in die gängigen Haltungspraktiken einbinden lassen. Unser Team unter der Leitung von Dr. Heather Wilson sucht derzeit nach Möglichkeiten, Impfstoffe in das Zuchtprogramm für Sauen/Jungsauen zu integrieren. Die künstliche Besamung (KB) ist in über 90 % der Branche ein normaler Bestandteil der Schweinehaltung, so dass der Uterus für die Impfung leicht zugänglich ist. Wenn Jungsauen/Sauen brünstig werden, zeigen sie eine Lordosereaktion (Stehreflex), d. h. sie bleiben für kurze Zeit starr stehen, so dass ihnen die Impfstoffe in dieser Zeit gefahrlos verabreicht werden können. Wir testen, ob Impfstoffe, die direkt in den Spermabeutel gegeben werden, zu einer wirksamen Immunreaktion führen können, ohne die Funktion des Spermas oder die Fruchtbarkeit zu beeinträchtigen.

Entwicklung eines intrauterinen Impfstoffs

Unser Team hat mehrere Versuche mit Zuchtsauen durchgeführt. In einem der ersten Versuche haben wir Sauen genommen, die bereits im vorangegangenen Trächtigkeitszyklus einen intramuskulären kommerziellen Impfstoff gegen das Porzine Parvovirus (PPV) erhalten hatten. Unmittelbar vor der künstlichen Standardbesamung (KB) gaben wir dann einen PPV-Impfstoff in den Spermabeutel. Bei den Sauen, die den intrauterinen Impfstoff erhalten hatten, wurde ein Anstieg der Antikörper im Blut festgestellt, was darauf hindeutet, dass der Uterus eine potenzielle Impfstelle sein könnte (Hamonic et. al 2020).

In den folgenden Versuchen erhielten die Jungsauen als erste Impfdosis einen Impfstoff gegen das Virus der porzinen epidemischen Diarrhö (PEDV) über das Sperma (sie waren davor nie geimpft oder PEDV ausgesetzt worden). Wir führten die intrauterine Impfung in 3 verschiedenen Östruszyklen durch. Die intrauterin geimpften Jungsauen wiesen signifikant erhöhte Antikörper gegen PEDV im Serum, im Uterusgewebe und im Kolostrum auf. Darüber hinaus waren die Anzahl der geborenen Ferkel, ihr Geburtsgewicht und die Wachstumskinetik über mehrere Wochen hinweg vergleichbar mit denen der Ferkel von Kontrolljungsauen. Diese ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die intrauterine Immunisierung keine Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit, die Gesundheit der Ferkel oder die Wachstumskinetik hat – allesamt wichtige Eckpunkte für die Entwicklung dieser neuartigen Immunisierungsmethode. Nach einer gezielten Infektion mit PEDV haben wir beobachtet, dass Ferkel, die von intrauterin geimpften Jungsauen geboren wurden, einen gewissen passiven Schutz vor einer PEDV-Infektion durch ihre Mütter zeigten, dass aber die neutralisierenden Antikörpertiter im Kolostrum nicht hoch genug waren, um sie vollständig vor der Krankheit zu schützen. Wir untersuchten auch die Verabreichung des Impfstoffs ohne Sperma an Jungsauen bei ihrer ersten Brunst. Obwohl sich herausstellte, dass diese Form der Impfung immer noch wirksam ist, glauben wir nicht, dass sie ohne weiteres eingesetzt wird, da sie mehr Arbeit im Stall erfordert (Choudhary et. al 2021). Die Verabreichung des Impfstoffs mit dem Sperma während der Zucht wird für die Erzeuger viel attraktiver sein.

Um die Wirksamkeit des Impfstoffs weiter zu verbessern und den passiven Schutz zu maximieren, verbessern wir die Formulierung des Impfstoffs durch den Einsatz von Nanopartikeln, die die Impfstoffantigene und die Adjuvantien zusammen verkapseln. Dieser Ansatz ermöglicht es uns, stärkere Adjuvantien in die Nanopartikel einzubauen, um die Immunreaktion zu verstärken, ohne negative Auswirkungen auf die Spermien zu haben. Wir verwenden PLGA-Nanopartikel (Polylactid-co-Glycolid), weil sie zu den wirksamsten biologisch abbaubaren Nanopartikeln gehören und von der US-amerikanischen FDA (Food and Drug Administration) für die Verabreichung von Arzneimitteln zugelassen sind.

Vorgeschlagener Mechanismus der Absorption des Impfstoffs im Uterus

Es ist nicht klar, wie der Uterus als Ort der Immuninduktion wirkt, da es keine offensichtlichen spezialisierten Immunorgane gibt (wie z. B. die Peyer-Plaques, die sich im Darm befinden). Es gibt jedoch einen natürlichen Anstieg von Immunzellen aus dem Blut in den Uterus während des Östrus und nach der künstlichen Befruchtung mit Sperma. Diese Immunzellen beseitigen alle Ablagerungen und toten Spermien. Die intrauterine Impfung kann sich diese natürliche Immunreaktion zunutze machen. Wir untersuchen, ob die Immunzellen im Uterus verbleiben, um eine Immunreaktion hervorzurufen, oder ob diese Immunzellen oder der Impfstoff in die drainierenden Lymphknoten wandern.

Wenn wir herausfinden, wie der Uterus als Impfstelle funktioniert, können wir unsere Impfstoffe verbessern.

Unser Team zeigte, dass die intrauterine Impfung innovativ ist, sicher und tierfreundlich zu sein scheint und leicht in die derzeitige Tierhaltungspraxis integriert werden kann. In unseren zukünftigen Experimenten wollen wir herausfinden, ob die intrauterine Immunisierung vor schweren Reproduktionskrankheiten wie dem PRRS-Virus bei adulten Sauen und Jungsauen schützen kann und ob die Saugferkel durch passive Immunität über das Kolostrum vor schweren neonatalen Krankheiten wie dem Rotavirus, Escherichia coli, Streptococcus suis usw. geschützt werden.