Research

Project Details:
Die Beladung von Zellen mit verschiedenen Molekülen für therapeutische Ansätze ist ein wichtiger Bereich der Molekularmedizin. Hierbei bieten besonders Primär- und Stammzellen großes Potential zur Entwicklung therapeutischer Ansätze. Konventionelle Methoden stoßen dabei jedoch besonders bei sensitiven und schwer zu manipulierenden Zellen oftmals an die Grenzen des Möglichen. Daher sind alternative Methoden zur Beladung von Zellen mit verschiedenen Moleküle für therapeutische und diagnostische Zwecke laufend im Fokus der Molekularmedizin, um Zellen für therapeutische Ansätze in einer ausreichenden Zellzahl zu manipulieren.
Mit der am Laser Zentrum Hannover, AG Biophotonische Bildgebung und Manipulation, entwickelte neuartigen Methode der Goldnanopartikelvermittelten (gold nanoparticle mediated; GNOME) Lasertransfektion ist es möglich, diverse bioaktive Moleküle wie z.B. genetisches Material oder Proteine ins Zellinnere zu schleusen. Diese neuartige Methode nutzt für eine transiente Membranpermeabilisierung Plasmonenresonanzen, die durch Laserbestrahlung auf Gold-Nanopartikeln hervorgerufen werden. Durch die Membranpermeabilisierung erfolgt dann direkt die molekulare Beladung von Zellen. Da es sich bei der GNOME-Lasertransfektion um einen physikalischen Prozess handelt und es somit keine aktive Beteiligung der Zelle gibt, ist diese Methode im Gegensatz zu anderen konventionellen Methoden weitestgehend unabhängig vom bearbeiteten Zelltyp. Mit dieser Methode ist es möglich einen hohen Durchsatz mit gleichzeitig einhergehender zellschonender Behandlung zu erreichen und somit genügend Zellen für therapeutische Ansätze in adäquater Zeit zu manipulieren.
In dem vorliegenden Projekt sollen Zellen mit rekombinanten Proteinen wie u.a. dem Mobility Group Box 1 (HMGB1) beladen werden. Hintergrund ist ein therapeutischer Ansatz welcher auf die Vakzinierung mit modifizierten Immunzellen zur Behandlung von Leukämie zielt. Durch die angestrebte Beladung von Zellen mit rekombinantem HMGB1 soll eine gesteigerte Immunreaktion nach der Vakzinierung erreicht werden. Das HMGB1 Protein hat extrazellulär eine proinflammatorische (entzündungsfördernde) Wirkung und soll nach einer Stimulation der manipulierten Zellen lokal immunstimulatorisch auf andere Zellen wirken, welche wiederum aktiv an der Eliminierung von Tumorzellen beteiligt sind.
Zur Überprüfung der Machbarkeit werden Zellen in vitro mittels GNOME-Lasertransfektion mit rekombinantem HMGB1 Protein beladen. Im ersten Schritt der Studie werden Proteine in verschiedenen Konzentrationen in verschiedene eukaryontische Zelllinien eingebracht um eine "therapeutische Dosis" zu evaluieren. Im Folgenden wird eine erfolgreiche Stimulation mit ausgewählten Zytokinen und damit die gesteuerte Abgabe des künstlich eingebrachten rekombinanten HMGB1 in das extrazelluläre Medium angestrebt. Hierfür werden verschiedene Analysemethoden wie Flow Zytometrie, Western Blot und PCR eingesetzt. Ebenfalls können in den ex vivo Versuchen grundlegende Fragestellungen zu den Auswirkungen des HMGB1 Proteins auf Zellen sowie die Stimulation geklärt werden. Fernziel des Projektes ist es, die manipulierten Zellen als Tumorvakzine einzusetzen.

Cooperation Partners:

Biomedizinische Optik, Biophotonische Bildgebung und Manipulation, Laser Zentrum Hannover e.V., Dr. T. Ripken, Dr. H. Meyer, Dr. M. Schomaker

Klinik für Innere Medizin III - Hämatologie, Onkologie, Palliativmedizin, Universität Rostock, Prof. Dr. C. Junghanß

Project Details:
Die Studie untersucht den Einfluss von Futter auf Fitness und Beweglichkeit bei alten Hunden. Das Futter ist reich an Antioxidantien, Vitamin B12 und L-Carnitin. Diese Inhaltsstoffe gelten ernährungsphysiologisch als förderlich für Gelenke und Muskulatur. Mit der Studie soll geprüft werden, ob ein solches Futter die Bewegungslust und damit die Lebensqualität älterer Hunde verbessern kann. Dies wird anhand von computergestützter Ganganalyse und der Messung des Laktatwertes nach Belastung überprüft. Außerdem wird untersucht, ob die Alterung von Zellen verlangsamt werden kann (Telomerlängenmessung).
Als Untersuchungsgut dienen Schäferhunde. 40 Hunde, die über 8 Jahre alt sind, und für die Kontrollgruppe 40 Hunde zwischen 1 Jahr und 4 Jahren. Diese werden für 6 Monate mit dem zu untersuchenden Futter oder einem Kontrollfutter gefüttert. Bei der Ganganalyse wird auf einem Laufband die Bewegung der Hunde untersucht, dazu werden kinetische und kinematische Aufnahmen gemacht. Außerdem werden eine Allgemeinuntersuchung, eine orthopädische Untersuchung und eine Blutuntersuchung (großes Blutbild, Laktatwertbestimmung, Telomerlängenmessung) durchgeführt. Der Laktatwert wird nach einem Belastungstest erneut bestimmt. Nach 3 und nach 6 Monaten werden die Hunde nochmal kontrolluntersucht.

Project Details:
In vivo und in vitro Untersuchungen zum Nachweis immunzellvermittelter Ausschüttung von Zytokinen

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Akio Miyamoto, Universität Obihiro, Japan

Funding: #

Project Details:
Axonale Schäden sind wesentlich an demyelinisierenden, entzündlichen bedingten Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) beteiligt. Neben seiner Bedeutung für die Veterinärmedizin hat die durch das kanine Staupevirus (canine distemper virus, CDV) ausgelöste Staupeenzephalitis einen hohen Stellenwert als spontan auftretende Modellerkrankung für die Multiple Sklerose (MS) beim Menschen erlangt. Untersuchungen über die Pathogenese von Axonschädigungen ergaben Hinweise auf eine wesentliche Beteiligung des axonalen Zytoskeletts und axonaler Transportmechanismen an deren Entstehung. Während die klinische Bedeutung des entstehenden Axonschadens bei den genannten Erkrankungen unstrittig ist, bedarf das Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen weiterer Aufklärung.
In dieser Studie sollen die axonalen Schäden bei der Staupeenzephalitis untersucht werden, um weitere Einblicke in die Pathogenese bei diesem Tiermodell zu gewinnen und diese möglicherweise auf die Situation bei humanen Erkrankungen übertragen zu können.

Funding: University of Tripoli, Libya; Institut für Pathologie, TiHo

Project Details:
Die extrazelluläre Matrix (EZM) des zentralen Nervensystems (ZNS) unterscheidet sich in mehrfacher Hinsicht von der anderer Organe. Während Kollagene, Fibronektin und Laminin in den meisten Geweben die Hauptmasse der Extrazellularsubstanz ausmachen, finden sich diese Moleküle in Gehirn und Rückenmark nur in relativ geringem Ausmaß. Allerdings sind sie im ZNS in Form von Basalmembranen maßgeblicher Bestandteil der so genannten Blut-Hirn- Schranke, deren Integrität für die Aufrechterhaltung der Organ-Homöostase ausschlaggebend ist. Quellen für die EZM-Moleküle können generell alle ortsständigen neuronalen und glialen Zellen sein, gerade für die Produktion der faserförmigen, an Basalmembranen beteiligten Glykoproteine spielen jedoch auch Endothelzellen eine wichtige Rolle. Die demyelinisierende Staupeenzephalitis stellt aufgrund morphologischer und teils pathogenetischer Kriterien ein wichtiges Tiermodell für humane demyelinisierende Erkrankungen des ZNS dar. So zeigen viele Komponenten der EZM im Rahmen der Multiplen Sklerose charakteristische Veränderungen in ihrem Syntheseumfang und Verteilungsmuster. Dabei können unterschiedliche Reaktionen in Abhängigkeit von der Plaqueform bzw. dem Stadium der MS-Läsion beobachtet werden. Über die Zusammensetzung und die Alterationen des EZM im Verlaufe einer Staupeenzephalitis ist jedoch nur wenig bekannt. Mittels dieser Studie sollen daher Rückschlüsse auf die Bedeutung einzelner EZM-Komponenten und ihrer Alterationen für pathogenetischeProzesse im Rahmen der Staupeenzephalitis gezogen werden.

Cooperation Partners:

University of Tripoli, Libya;

Project Details:
Dystonia musculorum (DM) ist eine neurodegenerative Erkrankung, welche durch eine Mutation im Dystonin-Gen entsteht. Die Erkrankung tritt beim Menschen und bei der Maus auf und wird auch als hereditäre sensorische autonome Neuropathie bezeichnet. Mäuse mit einer solchen Genmutation zeigen starke Bewegungsstörungen und versterben in einem Alter von 3 bis 4 Wochen.
In dieser Studie soll eine neue, spontan aufgetretene Mutation bei C57BL/6N-Mäusen klinisch und morphologisch sowie auf DNA- und Proteinebene charakterisiert werden.
Die Untersuchungen werden an 13 bis 22 Tage alten Tieren durchgeführt. Es soll die Identifizierung und molekulare Charakterisierung des betroffenen Genomabschnitts erfolgen. Zudem soll mittels eines polyklonalen Antikörpers im Western Blot das Dystonin-Protein bei erkrankten Mäusen und Kontrolltieren im Hirnstamm detektiert werden. Die degenerativen Veränderungen im Gehirn und Rückenmark wird mit Antikörpern, die gegen das Amyloidvorläuferprotein (amyloid precursor protein, APP), phosphoryliertes (pNF) und nicht-phosphoryliertes (nNF) Neurofilament gerichtet sind, immunhistologisch auf axonale Schäden untersucht. Zudem soll eine transmissionselektronenmikroskopische Untersuchung Aufschluss über mögliche ultrastrukturelle Veränderungen geben. Die Phänotypisierung der Mäuse beinhaltet zudem eine histologische Untersuchung der peripheren Organe (inkl. lymphatischer Organe, endokriner Organe sowie Organe des Gastrointestinaltrakts sowie des Urogenital- und Respirationstrakts).

Cooperation Partners:

Dr. Ulrike Teichmann; Max Planck Institute for Biophysical Chemistry; Am Fassberg 11; 37077 Göttingen

Funding: DAAD

Project Details:
The Phyllostomidae are the largest, and a highly diverse, bat family in the Neotropics due to an adaptive radiation to different diets ranging from insects to small vertebrates, blood, fruit, pollen, nectar and blossoms. Three common frugivorous bat species, C. perspicillata, C. castanea and C. sowellii, occur sympatrically and feed predominantly on Piperaceae in their natural habitat, which implies that they compete for the same food resources. The present project addresses the microhabitat use of the three species in order to investigate the mechanisms to avoid direct competition. We study the choice of food sources focusing on the effects of food quantity and the accessibility of food resources. In addition, we investigate direct inter- and intraspecific competition during feeding.

Project Details:
Das maligne Lymphom ist eine der häufigsten Tumorerkrankungen des Hundes. Das canine Lymphom weist eine Reihe von Gemeinsamkeiten mit dem Non-Hodgkin-Lymphom (NHL) des Menschen auf, welche sich über das biologische Verhalten und die Präsentation der dieser Neoplasien erstrecken. Diese tumorcharakteristischen Ähnlichkeiten legen nahe, dass die molekularen und zellulären tumorassoziierten Entstehungsmechanismen ebenfalls ähnlich sind. Das spontane Auftreten und die biologischen Ähnlichkeiten dieser Neoplasien als auch die vergleichbaren Lebensumständen beider Spezies führen dazu, dass dem Hund eine wichtige Rolle als Modellorganismus für das NHL des Menschen zugeschrieben wird.
Die Therapie der Wahl zur Behandlung von Hunden mit malignem Lymphom ist die chemotherapeutische Kombinationschemotherapie mit Vincristin, Cyclophosphamid, Doxorubicin und Prednislon. Die medianen Remissionszeiten liegen bei multizentrischen Lymphomen bei 10 bis 12 Monaten und die medianen Überlebenszeiten zwischen 12 und 17 Monaten. Verschiedene Faktoren wie Stadium, Substadium, Immunophenotyp der Neoplasien weisen eine direkte Korrelation mit der Prognose des Krankheitsverlaufes auf.
In diesem Zusammenhang ist die Charakterisierung von molekularen oder zellulären Biomarker wie Zytokinen oder Oberflächenproteine für diagnostische und prognostische Zwecke sowohl für die veterinärmedizinische als auch für die vergleichende onkologische Forschung von großem Interesse.
Es wird davon ausgegangen, dass es sich beim NHL um eine Störung des Immunsystems handelt, bei der die Tumorzellen selber Zytokine bilden, als auch umgekehrt von Zytokinen in verschiedenster Weise beeinflusst werden. Somit richtet sich der Fokus der Forschung zunehmend auf die vielfältigen Einflüsse der Zytokine, die in einigen Therapieprotokollen bereits zur Behandlung des NHL eingesetzt werden.
Im Vergleich zu den Verhältnissen in der Humanmedizin gibt es für den Hund bislang nur wenige evaluierte molekulare und zelluläre prognostische und diagnostische Marker. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Anzahl der verfügbaren evaluierten Markermoleküle mit steigender Studienanzahl, die sich mit der Charakterisierung und Evaluierung solcher Marker im veterinärmedizinisch onkologischen Bereich beschäftigen, zunimmt. Wünschenswert wäre für zukünftige Analysen dabei vor allem die Möglichkeit, mehrere Parameter gleichzeitig in einem Ansatz zu untersuchen, um damit die Effizienz der Analyse zu optimieren.

Das Ziel dieser Studie ist die Untersuchung der Proteinexpression verschiedener Zytokine beim malignen Lymphom des Hundes nach Zytostatikatherapie mittels der Luminex xMAP Technologie. Die Luminex xMAP-Technology vereinigt die Prinzipien der Durchflusszytometrie und der Bead-basierten Zytometrie miteinander und erlaubt aufgrund des spezifischen Fluoreszenzfarbtons der separat detektierbaren Beads, eine Vielzahl an Analyten parallel zu untersuchen.
Mittels dieses Messverfahrens soll der Zytokinspiegel an verschiedenen Zeitpunkten geprüft werden. Diese Messergebnisse erlauben dann eine Aussage darüber zu treffen, in welcher Höhe die Expression der entsprechenden Zytokine von den neoplastisch veränderten Lymphozyten hochreguliert wird und ob ein Einfluss der Zytokinexpression auf die Prognose feststellbar ist.

Project Details:
Mit einer Mortalitätsrate von etwa 0,24 % ist die Narkose des Pferdes im Vergleich zur Humanmedizin (narkoseassoziierte Mortalität 0,0001%) um ein Vielfaches risikoreicher. Der Großteil der Komplikationen ist dabei auf eine verminderte Perfusion auch in Kombination mit einer vorliegenden Hypoxie zurückzuführen.
Hämodynamische Parameter wie die Herzfrequenz und der arterielle Blutdruck sind unter Klinikbedingungen wenig-invasiv zu erheben, geben aber auch nur eingeschränkt Informationen über die globale und regionale Perfusion. Besser geeignet scheint hier die Bestimmung des Herzminutenvolumens oder die direkte Messung der peripheren Perfusion. Dies ist jedoch nur unter großem technischem Aufwand möglich.
Verschiedene Studien haben bereits den Einfluss unterschiedlicher Medikamente und Narkosetechniken auf die Kreislaufsituation und die muskuläre Perfusion untersucht jedoch wurde in keiner dieser Studien der Einfluss der Anästhesie auf die Perfusion des Gastrointestinaltraktes untersucht.
Vor allem Beim Pferd gehören die gastrointestinalen Erkrankungen immer noch zu den häufigsten Mortalitätsursachen. Auch nach einer Allgemeinanästhesie kommt es häufig zu Komplikationenin diesem Bereich, die vor allem auf Motilitätsstörungen (z.B. POI) zurückzuführen sind.
Unterschiedliche Anästhesietechniken werden im Rahmen dieser Studien bezüglich ihres Einflusses auf die globale Perfusion (Thermodilution, Lithiumdilution) und die Mikroperfusion (Skelettmuskulatur, Spanchnikusgebiet) mithilfe von Infrarotspektroskopie und Laserdoppler Technik untersucht.

Results:

L. Wittenberg-Voges, K. Hopster, S. Kästner (2018)

Effects of alpha-2-agonists with and without the peripheral alpha-2-antagonist MK-467 on microperfusion of the gastrointestinal tract of horses in general anaesthesia.

Vet Anaesth Analg. 2017 Sep 15. pii: S1467-2987(17)30349-5

 

Dancker, Ch., K. Hopster, K. Rohn, S. Kästner (2018)

Effects of dobutamine, dopamine, phenylephrine and noradrenaline on systemic haemodynamics and intestinal perfusion in isoflurane anaesthetised horses. Equine Vet J. 50, (1): 104-110.

 

Hopster, K, Stephan Neudeck, Liza Wittenberg-Voges, Sabine BR. Kästner (2017) The relationship between intestinal and oral mucosa microcirculation in anaesthetized horses. Vet Anaesth Analg. https://doi.org/10.1016/j.vaa.2017.07.005

 

Hopster, K, Liza Wittenberg-Voges, Sabine B.R. Kästner (2017)

Xylazine infusion in isoflurane-anesthetized and ventilated healthy horses: Effects on cardiovascular parameters and intestinal perfusion. Can J Vet Res. 81(4):249-254.

 

Hopster, K., L. Wittenberg-Voges, F. Geburek, Ch. Hopster-Iversen, S.B.R. Kästner (2017) Effects of controlled hypoxemia or hypovolemia on global and intestinal oxygenation and perfusion in isoflurane anesthetized horses receiving an alpha-2-agonist infusion. BMC Veterinary Research 2017 13:361.

Cooperation Partners:

Prof Outi Vaino, Universität Helsinki

Dr Marja Raekallio, Universität Helsinki

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Project Details:
Eigene umfangreiche molekulare Untersuchungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass die Ursache der GM1-Gangliodose beim Alaskan Husky in einer 19-Basenpaar (bp) - Duplikation innerhalb des kaninen sauren und beta-Galaktosidase-Gens (GLB1) liegt. Dieser genetische Defekt hat eine dramatische Reduktion der sauren Beta-Galaktose-Aktivität bei homozygotisch kranken Tieren zur Folge.
Ausgehend von diesen Befunden bildet die Hypothese, dass eine Reparatur des mutierten Gens mittels Zinkfingernukleasen (ZFN) induzierten DNA-Doppelstrangbrüche und homologer Rekombination (DSB-HR) mit einer spezifischen DNA Matrix möglich ist, die Grundlage für die vorgesehene Studie. Während die meisten Ansätze zur Behandlung von lysosomalen Speicherkrankheiten zur Zeit auf der Wiederherstellung des normalen Phänotyps des Wildtypgens abzieht, finden sich nur wenige Studien, die eine Reparatur des defekten Gens anstreben. Diese klassischen Wiederherstellungstherapieansätze weisen allerdings spezifische Nachteile auf, z.B. ein abnormales Expressionsniveau, aleatorisches Einfügen des exogenen Gens, sowie die Notwendigkeit einer regelmäßigen Wiederholung der Therapie zur Aufrechterhaltung des Wildtyp-Phänotyps auf. In diesem Zusammenhang stellt die Wiederherstellung des Wildtyp-Phänotyps durch Geneditierung eine innovative dauerhafte Alternative dar. Es ist das Ziel dieses Projektes die Wiederherstellung des Wildtyp-Beta-Galactosidase-Gens in einem kaninen Modell der GM1-Gangliodose in vitro durchzuführen und die Validität dieses therapeutischen Ansatzes aufzuzeigen. Hierzu sollen polycistronische Expressionsvektoren, die ZNF und Repairtemplates beinhalten, mittels eines lentiviralen Vektors in kanine Fibroblasten eingeführt und die mutierte Gensequenz repariert werden. Die erfolgreiche Umsetzung dieses Versuchsvorhabens wird Wege für neue therapeutische Strategien zur Behandlung von Erbkrankheiten beim Menschen und Tier aufzeigen.