Allogeneic bone marrow transplantation in conventional mice: I. Effect of antibiotic therapy on long term survival of allogeneic chimeras

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Abstract
In the present communication the beneficial effect of long term antimicrobial treatment with poorly absorbable antiboitics on the survival of allogeneic bone marrow chimeras was investigated. The combination of C57B1 mice as bone marrow donors and CBA/CA mice as irradiated recipients (800 rad) was used because of their strong histoincompatibility on the H-2 loci. All allografted recipients received 10 × 106 bone marrow cells. The majority of the recipients, which were rendered gnotobiotic by an antimicrobial treatment, achieved stable long term chimerism. In contrast, the conventional chimeras died from secondary disease within 9 weeks after transplantation. As early as 14 days after allogeneic bone marrow grafting the gnotobiotic recipients tolerated the reassociation with a conventional microflora without a change in the rate of mortality. Bone marrow cells (8 × 106 i.v.) and spleen cells (2 × 106 i.v.) collected from allogeneic chimeras failed to induce graft-versus-host-reaction (GVH) in a second lethally irradiated host. The data indicate, that the high rate of mortality in murine allogeneic bone marrow chimeras results from delayed GVH-reaction and systemic infection. The marrow graft, once established seems to exert tolerance against the allogeneic host. The pathogenesis of the systemic infection has not yet been worked out. It is assumed that it originates from bacteremia, induced by radiation dependent lesions of the epithelial integrity and defected lymphatic tissue in the gut. In der vorliegenden Arbeit wird an Hand eines tierexperimentellen Modells über allogene Knochenmarktransplantation die Bedeutung der gnotobiotischen Versuchsbedingungen für den Verlauf der Transplantatgegen-Wirt (Graft-versus-host)-Reaktion (GVHR) untersucht. Nach Konditionierung mit 800 rad Ganzkörperbestrahlung wurden in drei Experimenten CBA-CA-Mäuse mit 10 × 106 Knochenmarkzellen von C57B1-Mäusen transplantiert und die überlebenszeit bestimmt. Alle Empfängertiere, die keiner Antibiotikatherapie unterzogen wurden, starben in typischer Weise an den Folgen einer vom Transplantat ausgehenden Abstoßungsreaktion innerhalb von 9 Wochen. Diejenigen CBA/CA-Mäuse, die vor Bestrahlung und Transplantation mit schlecht resorbierbaren Antibiotika behandelt worden waren, überlebten zu einem Prozentsatz von 50% oder darüber. Sie entwickelten einen Langzeitchimärismus, der mittels Hämoglobinelektrophorese nachgewiesen wurde. Die histologische Untersuchung der Organe, vor allem der Leber, bestätigte das Vorliegen einer GVHR in beiden Tiergruppen nach der Allotransplantation. Auffällig war die nahezu vollständige Rückbildung der für die Abstoßungsreaktion typischen Organveränderungen in den mit Antibiotika behandelten Chimären nach Ablauf von 9 Wochen. Zur Charakterisierung der Bedeutung der Darmflora wurde eine Reassoziation der antibiotikatherapierten Chimären mit Keimen der normalen Darmflora vorgenommen. Es zeigte sich, daß bereits 14 Tage nach Transplantation eine Assoziation mit Keimen der speziesspezifischen Darmflora keine Änderung der Sterberate verursachte. In einem weiteren Versuchsansatz wurden Knochenmark und Milz der Langzeitchimären auf ihre Fähigkeit hin untersucht, in einer zweiten Passage in einem allogenen Empfängertier (CBA/CA) eine GVHR zu erzeugen. Weder Knochenmarkzellen allein noch zusätzliche applizierte Milzzellen vermochten in einer Zweitpassage eine tödliche GVHR zu erzeugen. Die vorliegenden Untersuchungen machen deutlich, daß es möglich ist, unter den beschriebenen Bedingungen einen Langzeitchimärismus nach allogener Transplantation zu erzeugen.