Allergy to Laboratory Animals Risk Factors for Development of Allergy and Methods for Measuring Airborne Rodent Allergens

Abstract

Between 10-50% of workers exposed to laboratory animals, mainly rats or mice, develop laboratory animal allergy (LAA) with symptoms of rhinitis, conjuctivitis, asthma, or urticaria, and develop IgE against animal allergens. Symptoms often arise within the first years of animal work. Up to half of the symptomatic subjects have asthma. One aim of the thesis was to determine risk factors for LAA, especially in laboratory environments. A second aim was to develop methods to quantify aeroallergen exposure. In a prospective study, 225 laboratory technician students were investigated. Two years after graduation, those who were laboratory animal exposed (median exposure 18 months) were re-examined (n=38). We found indications that atopics were under-represented among those who subsequently worked with animals. Seven exposed (18%) had skin prick test positivity (sensitization) to laboratory rodents and 8 (21%) had experienced allergic symptoms at animal work. Those sensitized and/or symptomatic (n=9) against laboratory animals had an increased bronchial responsiveness compared to at pre-exposure (P<0.01), and compared to exposed without sensitization or symptoms (P<0.05). Elevated total IgE (p<0.01) and hours/month of exposure (p<0.05), were both risk factors for LAA. The risk of developing LAA in research departments with low exposure was investigated in a cross-sectional study (n=80). A fourth of those with 24 years of rodent exposure were sensitized or symptomatic whereas half of those with >4 years of exposure were sensitized or symptomatic. Risk factors for LAA were Phadiatop positivity, elevated total IgE, allergy to other fur animals and exposure to mainly male rodents. For subjects with both exposure to male rodents and elevated total IgE or positive Phadiatop, the prevalence of sensitization was 11-fold higher compared to subjects with neither risk factor. Thus, exposure to male rodents, who excrete up to hundreds of times higher levels of urinary allergen than females, may constitute an overlooked riskfactor. Even low exposure to allergen seems to maintain allergic symptoms and specific IgE. To measure airborne rat urinary allergens (RUA), a two-monoclonal sandwich ELISA was developed, specific for the potent Rat n 1 isoallergens. An amplification method was developed, which increased sensitivity tenfold, to 0.1 ng/m3 in one-hour air samples collected at 2 l/min. A polyclonal sandwich ELISA for mouse urinary allergen (MUA) measurement was developed against the main allergen complex Mus m 1, with detection limit 1 ng/m3. The ELISA RUA method was compared with a RAST inhibition method developed by a laboratory in the UK. Samples were collected in each country, and analyzed in both laboratories. The values were correlated (r2 of log values =0.72, P<0.001) but the RAST inhibition values were about 300-fold higher than the sandwich ELISA values. In a European Community study, methods to measure rat and mouse aeroallergens used in laboratories in the Netherlands (NL), UK, and Sweden were compared. Samples were collected in triplicate and were divided between the laboratories, where they were eluted and analyzed. RAST inhibition using patient serum gave RUA values several orders of magnitude higher than those obtained using the sandwich ELISA methods. Polyclonal rabbit antibodies against MUA used in an inhibition RIA gave values 5-6 times higher than in the sandwich ELISAs. The NL polyclonal ELISAs were the least sensitive and the inhibition assays were the least specific of the assays. Use of polyclonal antibodies gave higher values than monoclonal antibodies. Addition of Tween and BSA increased elution efficiency and storage stability. A major difference between the assays was the reaction to rodent room extracts: whereas the RUA RAST inhibition detected rat room ventilator dust similarly to concentrated urine, dust was detected with 700-800-fold less sensitivity in the ELISA assays. The polyclonal MUA assays all detected mouse room dust with 30-50-fold less sensitivity to mouse urine. We concluded that assay set-up and antibody specificity are the most important factors influencing antigen binding. A thorough standardization of methods to measure airborne allergen is necessary and may be achieved using a sandwich ELISA assay with defined and purified antibodies and standard antigens.

Mellan 10-50% av personal som arbetar med försöksdjur, främst råttor och möss, utvecklar försöksdjursallergi (LAA), med symptom som rinit, ögonkonjunktivit, astma eller urtikaria (nässelutslag), och utvecklar IgE mot djurallergener. Symptomen uppkommer ofta under de första åren med arbete med djur och uppemot hälften av personerna med symptom har astma. En målsättning med studien var att bestämma riskfaktorer för försöksdjursallergi, särskilt i laboratoriemiljöer. Ett andra mål var att utveckla metoder att mäta halter av luftburna allergener. I en prospektiv studie undersöktes 225 laboratorieassistenter under deras studietid. Två år efter examen undersöktes de som arbetat med försöksdjur igen (n=38, mediantid för exponering = 18 månader). Det fanns indikationer på att atopiker var underrepresenterade bland de som kom att arbeta med djur. Sju av de exponerade (18%) hade utvecklat pricktestpositivitet (sensibiliserats) mot gnagare och 8 (21%) hade haft allergiska symptom i samband med arbete med djuren. De sensibiliserade och/eller symptomatiska (n=9) hade fått ökad bronkiell reaktivitet jämfört med vid den första undersökningen (P<0.01), och jämfört med icke överkänsliga exponerade (P<0.05). Förhöjt total-IgE (P<0.01) och antal timmar per månad med exponering (P<0.05) var riskfaktorer för LAA. Risken att utveckla LAA i laboratorier med låga exponeringsnivåer undersöktes i en tvärsnittsstudie (n=80). En fjärdedel av personal med 24 års exponering för råttor eller möss var sensibiliserade eller symptomatiska jämfört med hälften av de med >4 års exponering. Riskfaktorerer för LAA var Phadiatop-positivitet, förhöjd total-IgE-nivå, allergi mot andra pälsdjur, och arbete med mestadels hanråttor eller hanmöss. Bland personal med både exponering för handjur och förhöjt total-IgE eller positiv Phadiatop påvisades en 11 gånger så hög förekomst av sensibilisering mot djuren, jämfört med personer utan dessa riskfaktorer. Exponering för handjur, som utsöndrar flera hundra gånger högre allergenmängder än hondjuren bland gnagare, tycks vara en förbisedd riskfaktor. Även mycket låga allergenhalter kan vidmakthålla allergiska symptom och specifikt IgE mot djuren. För att kunna mäta luftburna allergener från råtturin (RUA), utvecklades en monoklonal sandwich-ELISA, där de två monoklonalerna var specifika för de potenta Rat n 1-isoallergenerna. En amplifieringsmetod utvecklades, som ökade känsligheten i testet tio gånger, till 0.1 ng/m3 i en-timmes prover insamlade med ett luftflöde på 2 l/min. En polyklonal sandwich-ELISA för att mäta musurinallergen (MUA) utvecklades mot det huvudsakliga allergenkomplexet Mus m 1, med en detektionsnivå på 1 ng/m3. Metoden att mäta RUA jämfördes med en RAST inhibitionsmetod utvecklad i ett laboratorium i Storbritannien. Luftprover samlades in i båda länderna, och analyzerades av båda laboratorierna. Värdena var korrelerade (r2 för logaritmerade värden = 0.72, P<0.001), men RAST-inhibitions-värdena låg 300 gånger högre än sandwich ELISA värdena. I en EG-studie jämfördes metoder att mäta luftburna allergener från råtta och mus utvecklade i laboratorier i Nederländerna, Storbritannien och Sverige. Luftprover samlades in i triplikat och delades upp mellan laboratorierna där de extraherades och analyzerades. RAST inhibition, där man använder patientserum, gav RUA-värden som var flera tiopotenser högre än de som erhölls med sandwich-ELISA metoderna. Polyklonala kaninantikroppar mot MUA som användes i en inhibitions-RIA gav värden 5-6 gånger högre än i sandwich-ELISA-metoderna. Nederländernas polyklonala ELISA-metoder var de minst känsliga och inhibitions-metoderna de minst specifika av metoderna. Användning av polyklonala antikroppar gav högre värden än monoklonala antikroppar. Tillsats av Tween och BSA ökade extraktionseffektivitet och lagringsstabilitet. En stor skillnad mellan metoderna visade sig i reaktionen mot extrakt från djurrum: RAST-inhibitionsmetoden påvisade råttrumsdamm och koncentrerat råtturin på likartat sätt, medan dammextraktet detekterades med 700-800 gångers mindre känslighet än råtturin i sandwich ELISA-metoderna. De tre polyklonala MUA-metoderna påvisade musrumsdamm med 30-50 gångers mindre känslighet än musurin. Vi drog slutsatsen att val av metod (inhibition eller sandwich), samt specificiteten hos antikropparna, är de viktigaste faktorerna som påverkar antigensbindningen. En genomgripande standardizering av metoder är nödvändig och kan åstadkommas genom användning av en sandwich-ELISA med definierade och renade antikroppar och standardextrakt .