Evidenzbasierte Belastungseinschätzung bei Labornagern

Maihöfner, Miriam Ada (2026): Evidenzbasierte Belastungseinschätzung bei Labornagern: retrospektiver Vergleich telemetrisch erfasster Aktivitätsdaten mit klinischen Scoring-Systemen und Validierung eines kamerabasierten Heimkäfigmonitoringsystems. Dissertation, LMU München: Tierärztliche Fakultät

Abstract

Die gesetzlich in der EU-Richtlinie 2010/63/EU verankerten 3R-Prinzipien (Replacement, Reduction, Refinement), welche 1959 von Russell und Burch veröffentlicht wurden, sind fester Bestandteil von ethischen Standards in der tierexperimentellen Forschung. Das Prinzip des Refinements hat zum Ziel das Leiden von Versuchstieren in derzeit nicht ersetzbaren Experimenten auf das unerlässliche Maß zu beschränken. Die beiden in dieser Dissertation durchgeführten Studien leisten indirekt oder direkt einen Beitrag zum Refinement in Tierversuchen. Die Aktivität von Tieren stellt einen Parameter dar, der häufig zur Belastungseinschätzung herangezogen wird (DÜLSNER et al., 2020). Bei tierexperimentellen Studien erfolgt eine Einstufung der Aktivität in der Regel standardmäßig nicht-invasiv über klinische Scoring-Systeme. Die Telemetrie ermöglicht eine kontinuierliche und objektive Erfassung dieses Parameters. Angesichts der Invasivität des hierfür erforderlichen operativen Eingriffs, bieten klinische Scoring-Systeme eine weniger belastende Alternative. Daher sollte in der ersten explorativen Studie dieser Dissertation die Sensitivität der beiden Methoden zur Erfassung der Aktivität überprüft werden. Hierfür wurden telemetrisch erfasste Aktivitätsdaten mit klinischen Scoring-Systemen verglichen. Die retrospektive Datenanalyse inkludierte Studien mit Maus- und Rattenmodellen sowie experimentellen Interventionen von Mitgliedern der Forschungsgruppe „Severity Assessment in Animal-Based Research“ (DFG-FOR2591, 2025). In den berücksichtigten Studien (n = 10) konnten in verschiedenen Krankheitsmodellen und operativen Interventionen Aktivitätsänderungen festgestellt werden. Dabei konnten Aktivitätsänderungen häufiger mit der Telemetrie als mit den klinischen Scoring-Systemen erfasst werden. Die erhobenen Daten unterstreichen die Bedeutung der Entwicklung nicht-invasiver Verfahren und Technologien zum kontinuierlichen Monitoring von Versuchstieren, welche die Vorteile der Telemetrie mit denen klinischer Scoring-Systeme kombinieren. Heimkäfigbasierte Monitoringsysteme, welche eine objektive und kontinuierliche Erfassung von Vital- und Verhaltensparametern ermöglichen, stellen hierbei eine vielversprechende Möglichkeit zur evidenzbasierten Beurteilung des Wohlbefindens und der Belastung dar. Von der Forschungsgruppe (DFG-FOR2591, 2025) wurde ein solches neues Heimkäfigmonitoringsystem entwickelt, welches kamerabasiert die Ableitung verschiedener Parameter, wie der Herzfrequenz, Atemfrequenz, Körpertemperatur oder Aktivität, bei Nagern ermöglicht (MÖSCH et al., 2023). Die kontinuierliche und objektive Überwachung der Tiere kann mit dem Monitoringsystem unter Vermeidung invasiver Prozeduren erfolgen. Zur Validierung dieses Systems, mittels der bereits etablierten Methodik der Telemetrie, wurde eine multizentrische In-vivo-Studie innerhalb der Forschungsgruppe (DFG-FOR2591, 2025) geplant. Neben den Beiträgen zu dieser Studie wurde in der vorliegenden Dissertation explorativ die Belastung von weiblichen C57BL/6J Mäusen (n = 6) nach subkutaner Transmitterimplantation betrachtet und insbesondere die Belastung an Tag 14 und 21 verglichen. Um Einflüsse einer unvollständigen postoperativen Erholung auf die Datenerhebung in folgenden experimentellen Studienphasen zu vermeiden, ist die Einhaltung einer ausreichenden Erholungszeit nach der Transmitterimplantation essenziell. Ziel war es daher, neben der Beurteilung der postoperativen Belastung auch Empfehlungen für die Dauer einer entsprechenden Erholungsphase nach dem operativen Eingriff ableiten zu können. Hierfür wurden (patho-)physiologische, verhaltensbezogene und biochemische Parameter herangezogen. Am Standort München erreichten die verhaltensbezogenen Parameter (wie z. B. das Nestbauverhalten oder der Mouse Grimace Scale) und die klinischen Scores nach Transmitterimplantation bereits ab dem dritten postoperativen Tag wieder Basalwerte oder die Werte sanken auf ein gleichbleibendes Niveau, welches jedoch über den Basalwerten lag. Im Gegensatz dazu konnten Abweichungen der telemetrisch erfassten Herzfrequenz und Herzratenvariabilitätsparameter über den siebten postoperativen Tag hinaus festgestellt werden. Zwischen dem postoperativen Tag 14 und 21 konnten parameterübergreifend vergleichbare Werte festgestellt werden. Dies könnte darauf hinweisen, dass zwei Wochen und drei Wochen nach Transmitterimplantation eine vergleichbare Belastung vorliegt. Die Ergebnisse implizieren, dass eine zweiwöchige Erholungsphase nach subkutaner Transmitterimplantation bei weiblichen C57BL/6J Mäusen bereits ausreichen könnte, um weiterführende Untersuchungen ohne den Einfluss einer unvollständigen postoperativen Erholung durchführen zu können. Die In-vivo-Versuche zur Validierung des Monitoringsystems an weiteren Standorten innerhalb der Forschungsgruppe werden aktuell oder zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt, sodass die abschließende Beurteilung noch aussteht. Die Daten aus Vorstudien in der Forschungsgruppe weisen bereits darauf hin, dass das Monitoringsystem eine vielversprechende objektive und nicht-invasive Methode zur Überwachung von Labornagern darstellt und zur Optimierung der Tierpflege und -haltung beitragen könnte (BREUER et al., 2023; MÖSCH et al., 2023). Durch die Vermeidung der Belastung in Folge einer Transmitterimplantation und die Reduzierung von Untersuchungen außerhalb des Heimkäfigs, könnte das System neben dem Refinement zusätzlich zur Steigerung der Robustheit und Datenqualität beitragen.

Abstract

The 3R principles (Replacement, Reduction, Refinement), published by Russell and Burch in 1959, have become an ethical basis for animal-based research and are legally established in the EU Directive 2010/63/EU. Refinement aims to minimize the suffering of laboratory animals used in experiments that cannot currently be replaced. This dissertation includes two studies that, indirectly or directly, address the objectives of refinement. Animal activity represents a commonly used readout parameter for severity assessment (DÜLSNER et al., 2020). In experimental studies, activity is typically evaluated non-invasively using standardized clinical scoring systems. Telemetry enables continuous and objective monitoring of this parameter. However, due to the invasiveness of the surgical procedure required for telemetry, clinical scoring systems offer a less burdensome alternative. Therefore, the first exploratory study in this dissertation aimed to evaluate the sensitivity of both methods for assessing activity. For this purpose, telemetric activity data were compared with results from clinical scoring systems. The retrospective data analysis included studies with mouse and rat models and experimental interventions from the research group “Severity Assessment in Animal-Based Research” (DFG-FOR2591, 2025). In the included studies (n = 10), activity-related changes were observed in various disease models and following surgical interventions. The corresponding changes were detected more frequently by telemetry than by clinical scoring systems. Overall, the findings highlight the importance of developing non-invasive methods and technologies for continuous monitoring of laboratory animals that combine the advantages of telemetry with those of clinical scoring systems. Home-cage-based monitoring systems, which enable objective and continuous recording of vital and behavioral parameters, represent a promising technology for evidence-based assessment of animal welfare and burden. Such a monitoring system, developed by our research group (DFG-FOR2591, 2025), uses camera-based technology to measure parameters such as heart rate, respiratory rate, body temperature, and activity in rodents (MÖSCH et al., 2023). Continuous and objective monitoring of animals can be achieved using this home-cage-based monitoring system without invasive procedures. A multicenter in vivo study was planned by the research group (DFG-FOR2591, 2025) in which telemetric data will be used as a reference for validating this system. In addition to the contributions to this validation, this dissertation also included an exploratory assessment of the distress experienced by female C57BL/6J mice (n = 6) after subcutaneous transmitter implantation, with a particular focus on comparing the burden on days 14 and 21 after surgery. Ensuring an adequate recovery period following transmitter implantation is essential to avoid confounding effects by insufficient post-surgical recovery in subsequent experimental phases. Therefore, the aim was to assess post-surgical severity levels at different time points and derive recommendations for an appropriate duration of the recovery period after surgery. For this purpose, (patho-)physiological, behavioral, and biochemical parameters were evaluated. Behavioral parameters (such as nesting behavior or Mouse Grimace Scale) and clinical scores returned to baseline levels or declined to a steady level, which remained above baseline, on the third post-surgical day. However, post-surgical alterations in telemetrically recorded heart rate and heart rate variability persisted beyond the seventh post-surgical day. Nevertheless, between post-surgical days 14 and 21, comparable values were recorded for all parameters. These results may indicate that the animals experienced a similar severity at two and three weeks following transmitter implantation. The findings suggest that a two-week recovery period following subcutaneous transmitter implantation in female C57BL/6J mice may be sufficient to conduct follow-up studies without the confounding influence of incomplete post-surgical recovery. In vivo experiments to validate the monitoring system at other locations of our research group are currently underway or planned, so a final assessment is still pending. Preliminary investigations previously conducted in our research group already indicate that the system represents a promising objective and non-invasive method for continuous monitoring in laboratory rodents and can contribute to optimizing animal care and husbandry (BREUER et al., 2023; MÖSCH et al., 2023). By avoiding the distress and pain associated with implanting a transmitter and reducing the need for examinations outside the home-cage, the system can contribute to refinement and increased robustness and data quality.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie)
• Fakultäten: Tierärztliche Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 7. Februar 2026
• 1. Bericht­erstatter:in: Potschka, Heidrun