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Zengerling, Grammatia (2006): Struktur und Entwicklung des Immunsystems der Hühnerlunge. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Comparatively little is known about the structure and development of the lung associated immune system in the chicken, despite its important role in the defence numerous infectious diseases. In this study lung samples were obtained from line M11 leghorn chickens on days 1, 3 and 7 after hatch and of 2, 3, 4, 6, 8 and 13 weeks old birds for immunohistological, scanning as well as transmission electron microscopy (TEM). Monclonal antibodies reactive with T-cells (CD3, CD4, CD8), B cells (BU-1), myeloid cells (KUL1) or all leucocytes (CD45) were used in this study. To maintain the structural integrity of cyropreserved tissue samples for immunhistological studies lung tissue was perfused with low melting agarose by application through the trachea. An age depended development of the lung immune system was observed and found to show different developmental characteristics in the bronchus associated lymphoid tissue (BALT) and the immune system of the parachoncial tissue and the interparabronchial connective tissue. Roughly, three developmental stages could be discriminated. During the first week after hatch cells of the innate immune system dominated the picture while T-cells and B-cells were rarely found. Similarly, myeloid cells were much more abounded than lymphocytes in the second stage (2.-4. week). However, an increase of lymphocytes was found with T-cells in excess of B-cells. T-cells were found most frequently in the interparabronchial connective tissue where they formed small aggregates. In wall of the primary bronchus organized lymphoid aggregates were first observed in the 4th week after hatch. In 6-8 weeks old birds (stage 3) distinct B- and T-cell areas began to develop in these lymphoid aggregates with T-cells occupying the central area and B-cells located at the periphery. Increasing frequencies and sizes of T-cell aggregates were also seen in the wall of the parabronchus and the interparabronchial connective tissue at this stage of development. Finally, in birds older than 12 weeks the BALT structures showed a clear separation into B-cell follicles surrounded by a T-cell area formed by CD4+ lymphocytes. Similarly, distinct B-cell follicles with adjacent T-cell regions were observed in the interparabronchial connective tissue. Scanning electron microscopy revealed that the epithelium covering the BALT reagions at the openings of the secondary bronchi was largely unciliated at all developmental stages. By TEM a unique cell type was found intercalated into this epithelium which was in close contact with lymphocytes and macrophages located in cellular pockets. These structure properties are similar to M cells in the mammalian mucosa associated lymphoid tissue (MALT). In conclusion, the lung associated immune system in the chicken is largely made up of cells of the innate immune system during the first week after hatch. Subsequently, cells of the adaptive immune system start to appear and to form organized lymphoid structures in the primary bronchus and to disseminate in the remaining lung tissue. Mature morphology of these structures is seen in birds 12 weeks and older.

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Darstellung der Struktur des Immunsystems in der Hühnerlunge und dessen Entwicklung in den ersten drei Lebensmonaten. Hierzu wurden die Organe von Hühnern der Linie M11 (Leghorn) im Alter von einem, drei und sieben Tagen sowie zwei, drei, vier, sechs, acht und dreizehn Wochen immunhistologisch, raster- (REM) und transmissionselektronenmikroskopisch (TEM) untersucht. Für die immunhistologische Untersuchung wurde die Methode der Agarose-Ausgußtechnik für das Huhn etabliert. Dadurch war es erstmals möglich, die gesamte Lunge, hinsichtlich des Verteilungsmusters immunkompetenter Zellen, unter Strukturerhalt zu beurteilen. In der Hühnerlunge konnte eine altersabhängige Entwicklung des Immunsystems nachgewiesen werden. Dabei zeigten die einzelnen Abschnitte der Lunge, bestehend aus dem Primärbronchus mit dem Bronchus-assoziierten lymphatischen Gewebe (BALT), den Parabronchen und dem interparabronchalen Bindegewebe altersabhängig ein unterschiedliches Bild hinsichtlich der Verteilung und des Vorkommens immunkompetenter Zellen. Vier Entwicklungsphasen konnten unterschieden werden. Die zweite Entwicklungsphase umfasste die Tiere der zweiten, dritten und vierten Lebenswoche, gefolgt von der dritten Entwicklungsphase (sechste und achte Lebenswoche). Die ältesten Tiere (dreizehn Wochen) wurden der vierten Entwicklungsphase zugeordnet. In der ersten Entwicklungsphase dominierten die Zellen der unspezifischen Abwehr deutlich über die der spezifischen Abwehr. Nur vereinzelt wurden T Zellen beobachtet. Noch seltener waren B Zellen nachweisbar. Auch in der darauf folgenden Entwicklungsphase dominierten die Kul1+ myeloiden Zellen das Bild, obwohl die Zahl der Lymphozyten anstieg, wobei deutlich mehr T- als B Zellen vorkamen. Besonders häufig waren T Zellen im interparabronchalen Bindegewebe zu beobachten, wo sie kleine Zellaggregate bildeten. Bei den vier Wochen alten Tieren waren erstmals Lymphozytenaggregate im Primärbronchus zu beobachten. In der dritten Entwicklungsphase dominierten erstmals die Lymphozyten über die Zellen der unspezifischen Abwehr. Besonders auffallend war die beginnende Organisation der Lymphozytenaggregate im Primärbronchus, wobei die T Zellen im Zentrum und die B Zellen in der Peripherie lagen. Die Parabronchuswand zeigte immer häufiger kleine Zellaggregate, die auch im interparabronchalen Bindegewebe sowohl an Häufigkeit als auch an Größe zunahmen und hauptsächlich aus T Zellen bestanden. In der vierten Entwicklungsphase besitzt der Primärbronchus im Zentrum der Lymphozytenaggregate mehrere scharf abgegrenzte B Zellfollikel und auch die Lymphozytenansammlungen im interparabronchalen Bindegewebe zeigten eine ähnliche Separierung in T- und B Zellareale. In den REM-Untersuchungen aller vier Entwicklungsphasen konnten an den Übergängen des Primärbronchus in die Sekundärbronchen regelmäßig zilienlose Bereiche beobachtet werden. Die TEM Untersuchung konnte in diesem Bereich Zellen darstellen, die durch basale Einbuchtungen in engem Kontakt zu Lymphozyten oder Makrophagen standen. Es besteht somit eine strukturelle Ähnlichkeit zu M Zellen im MALT der Säugetiere. Diese Untersuchungen zeigen, dass die Immunabwehr der Lunge in der ersten Lebenswoche nahezu ausschließlich von Komponenten der unspezifischen Immunabwehr besteht. Diese wird mit zunehmendem Alter durch Zellen der spezifischen Abwehr ergänzt. Dennoch erreicht das Immunsystem der Lunge der hier untersuchten Tiere seinen voll ausgereiften Zustand erst im Alter von dreizehn Wochen.