Overview of research projects

Project Details:
Die canine Bandscheibendegeneration ist prädisponierend für verschiedene Bandscheibenerkrankungen, wie dem Bandscheibenvorfall, der lumbosakralen Stenose und der cervicalen Spondylomeyelopathie. Mit 43,2% sind Bandscheibenerkrankungen somit der häufigste Vorstellungsgrund von Hunden in der neurologischen Sprechstunde. Zur Diagnostik der Bandscheibenerkrankung gehört eine bildgebende Untersuchung mittels Magnetresonanz- oder Computertomographie. Eine Optimierung dieser bildgebenden Methoden durch den Einsatz verschiedener Untersuchungsprotokolle, sowie die Ermöglichung einer klaren, vergleichbaren Diagnostik durch eine eindeutige Terminologie stehen im Fokus unserer wissenschaftlichen Arbeit. Trotz operativer und konservativer Behandlungsmöglichkeiten von Bandscheibenerkrankungen liegt die Mortalität der erkrankten Tiere bei 34%, mit rassespezifischen Mortalitätsraten von bis zu 67%. Die therapeutische Zukunft liegt daher in dem Erhalt der Funktionalität der degenerierten Bandscheibe z.B. durch Nukleus Pulposus Prothesen und dem Einsatz autologer, regenerativer Zellen. Dazu muss jedoch der Grad der degenerativen Bandscheibenveränderungen erfasst werden, bevor es zur Erkrankung der Bandscheibe mit klinischer Manifestation kommt. Während in der Humanmedizin die Klassifikation des Degenerationszustandes von Bandscheiben in der Magnetresonanztomographie üblich ist, wird der Degenerationszustand der caninen Bandscheibe während der bildgebenden Untersuchung in der Veterinärmedizin nicht beurteilt. Ziel der Forschungsarbeit ist daher die Etablierung von Klassifikationssystemen zur Beurteilung der caninen Bandscheibendegeneration in der Magnetresonanz- und Computertomographie.

Project Details:
Zielsetzung des Projektes ist die vergleichende Untersuchungausgwählter MRT-Sequenzen mit einer computertomographischen Darstellung kompressiver Erkrankungen des Rückenmarks. Darüber hinaus ist es das Ziel die diagnostische Wertigkeit einer Kombination beider bildgebender Verfahren im Sinne eines multimodalen Imagings abzuklären.

Project Details:
Die intraläsionale Therapie von equinen Sehnenschäden mit autologem thrombozytenreichem Plasma (PRP) führte tierexperimentell zu einem qualitativ verbesserten Narbengewebe. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die kontrollierte Überprüfung des Erfolges einer PRP-Behandlung von natürlich entstandenen degenerativen Schäden der oberflächlichen Beugesehne bei Pferden. Dabei werden klinische, ultrasonographische und prognostische Parameter überprüft, und die innovative ultrasonographische Gewebecharakterisierung kommt zum Einsatz.

Results:

Geburek, F., Gaus, M., van Schie, H.T.M., Rohn, K., Stadler, P.M. Effect of intralesional platelet-rich plasma (PRP) treatment on clinical and ultrasonographic parameters in equine naturally occurring superficial digital flexor tendinopathies - a randomized prospective controlled clinical trial. BMC Vet. Res. 2016, 7. Sept.; 12(1): 191.

https://bmcvetres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12917-016-0826-1

Cooperation Partners:

Prof. Dr. H. van Schie, Utrecht

Project Details:
Um dies zu erreichen, wurden numerische Modelle basierend auf der Mehrkörpersimulation (MKS) und der Finite-Element-Methode (FEM) zugrunde gelegt. Einerseits wurden mit Hilfe der MKS-Modelle statische und kinematische Bewegungsanalysen durchgeführt. Somit konnten Hüftgelenkbelastungen bei unterschiedlichen Bewegungen ermittelt werden. Andererseits wurde auf Basis von CT-Daten ein dreidimensionales FE-Modell des intakten humanen Hüftgelenkes (Femur und Acetabulum) erstellt. Um den periprothetischen Knochen nachzubilden, erfolgte die Modellierung der Verbunde Femur/Schaft und Acetabulum/ Pfanne für unterschiedliche Prothesentypen. Für eine zuverlässige Beschreibung der beanspruchungsadaptiven Knochenumbauprozesse in Abhängigkeit einer Veränderung der mechanischen Belastung im periprothetischen Knochen, erfolgte die Anwendung des Knochenumbaugesetzes nach Huiskes in einer erweiterten Form. Ferner wurden, um die erstellten Modelle zu validieren, umfangreiche klinische DEXA-Untersuchungen (Dual Energy X-Ray Absorptiometry) durchgeführt. Die durchgeführten Untersuchungen weisen nach, dass die numerische Modellierung des Knochenumbaus infolge einer Hüftarthroplastik ausschließlich über die Veränderung der Dichte unzureichend ist, da eine Veränderung der Knocheninnengeometrie (Kontaktbereich zur Prothese) und die damit verbundene Migration der Prothesenkomponente unberücksichtigt bleibt. Die Migration des Implantates ist mit einer für die Berechnung der Knochenumbauprozesse relevanten Veränderung der Kontaktbedingungen verbunden. Daher soll im dritten Antragszeitraum die Veränderung der Knochengeometrie und der Prothesenlage im Verbund durch die numerische Abbildung der Prothesenmigration berücksichtigt werden. Die FE-Berechnung der Prothesenmigration soll mittels RSA (Roentgenstereophotogrametric analysis) in vivo validiert werden. Diese Methodik erlaubt eine Migrationsbestimmung im Submillimeterbereich und eine exakte Darstellung von Lockerungsphänomenen bevor sie klinisch oder nativradiologisch auffällig werden. Weiterhin führt die Migration des Implantates sowohl zu einer Veränderung des Lastkollektivs im muskuloskeletalen System als auch einer erheblichen Abweichung des natürlichen postoperativen Gangbildes des Menschen. Außerdem hängt das Lastkollektiv sehr stark von einer postoperativen Beschränkung des Bewegungsvermögens (Range of Motion) im künstlichen Hüftgelenk ab. Daher soll eine mögliche Bewegungsbeschränkung grundlegend untersucht werden. Zur iterativen Betrachtung der kinematischen und kinetischen Veränderungen des Lastkollektivs in Abhängigkeit einer fortschreitenden Migration der Prothesenkomponenten (Schaft und Pfanne) sowie des Einflusses auf die postoperative Bewegungscharakteristik des Patienten werden in der dritten Förderperiode des Teilprojekts D6 gekoppelte FEM- und MKS-Analysen erfolgen.

Das übergeordnete Ziel dieses Teilprojektes besteht in der Entwicklung und Etablierung einer simulationsgestützten Methode zur Berechnung und Quantifizierung der Knochenumbauprozesse und der damit verbundenen Implantatlockerung sowie des Materialverschleißes der Prothesengleitkomponenten. Aufgrund dessen soll in der Zukunft bereits in der Entwicklungsphase von Hüftimplantaten die simulationsgestützte Vorhersage von langfristigen Effekten und biomechanischen Prozessen ermöglicht werden. Somit können folglich kosten- und zeitintensive klinische Untersuchungen zum Nachweis der Strukturbiokompatibilität sowie zur Optimierung des Prothesendesigns erheblich reduziert werden.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. B.A. Behrens, Institut für Umformtechnik und Umformmaschienen, Leibniz Universität Hannover

Prof. Dr. C. Stukenborg-Colsman, Diakoniekrankenhaus Annastift Abt.Orthopädie I, Hannover

Project Details:
Kommerzielle Eisenoxid-Nanopartikel werden zurzeit als Kontrastmittel im Bereich der bildgebenden Diagnostik über Magnetresonanztomographie (MRT) für diverse Anwendungen genutzt. Über die verwendeten klinisch zugelassenen Eisenoxid-Nanopartikel können sowohl Zellen als auch Gewebe kontrastverstärkt visualisiert werden. Prinzipiell bieten Nanopartikel die Möglichkeit, gezielt spezifische Binder oder Effektormoleküle (z.B. siRNAs) zu koppeln und so ein gerichtetes Targeting von Zellen und Geweben zu ermöglichen. Somit besitzen gekoppelte Nanopartikelkonstrukte einen multiplen Charakter, der gleichzeitig ein gerichtetes Labelling, eine Modulierung von zellulären Prozessen als auch eine diagnostische Darstellung erlaubt.
In vorherigen in den Forschungslaboren der Klinik für Kleintiere durchgeführten Arbeiten wurde bereits an der Markierung und Visualisierung von Stammzellen, primären Zellen und Zelllinien mittels kommerzieller Eisenoxid-Nanopartikel gearbeitet. Diese Arbeiten wurden durchgeführt, um die Visualisierung von Zellen und Geweben über Eisenoxid-Nanopartikel vermittelte Kontrastverstärkung in vitro und in vivo mittels MRT zu verbessern und somit ein sensibleres Imaging von zelltherapeutischen und regenerativen Ansätzen zu erlauben.
In Erweiterung an die vorangegangenen Projekte werden nun neuartige am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) generierte Nanopartikel (Eisen-, Gold-, Platin-Konjugate) und deren Effekte, wie beispielsweise deren Einfluss auf das Zellproliferationsverhalten nach definierten Zeitpunkten an verschiedenen Zelltypen charakterisiert und vergleichend zu kommerziellen Eisenoxid-Nanopartikeln evaluiert. Die Toxizität der Nanopartikelmarkierung auf die jeweiligen Zellen wird u. a. mittels Proliferationstests und Durchflusszytometrie bestimmt. Weiterhin werden definierte Nanopartikel-markierte Zellzahlen in Agar-Gewebephantome eingebettet und über Magnetresonanztomographie (MRT) bei Feldstärken von 3T bzw. 7T visualisiert, um minimal detektierbare Zellzahlen zu ermitteln.

Cooperation Partners:

Laser Zentrum Hannover e.V., Hannover, Gruppe Nanomaterialien, Dr. L. Saijti

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.

Project Details:
Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist eine Technik, die die lokalisierte Darstellung neuraler Aktivität im ZNS ermöglicht. Hierzu nutzt die fMRT eine Änderung der Sauerstoffsättigung des Blutes in aktiven Gehirnarealen. Wir wenden diese Technik zur Überprüfung der Hörfunktion und Untersuchung des auditorischen Systems von Hunden an und vergleichen sie mit etablierten Untersuchungstechniken wie der Elektroaudiometrie. Zu diesem Zweck wurden in einer Studie zehn Beagle im Magnetresonanztomographen untersucht. Während dieser Untersuchungen wurden den Hunden verschiedene akustische Stimuli vorgespielt, um so eine Aktivierung entlang der Hörbahnen der Hunde auszulösen. Verschiedene funktionelle MRT-Sequenzen und Reizparadigmen wurden hierbei auf ihre Eignung zur Durchführung von fMRT-Messungen beim Hund untersucht. Zusätzlich zu diesen Messungen wurde eine elektroaudiometrische Untersuchung der Hörfunktion der Hunde durchgeführt. Mit dieser Methode gelang es einen für die Durchführung auditorischer fMRT-Messungen beim Hund geeigneten Versuchsaufbau zu finden. Mit diesem ließ sich eine durch die akustische Stimulation ausgelöste Signaländerung verschiedener Strukturen der Hörbahn des Hundes (Colliculi caudales, Nuclei geniculati mediales, auditorischer Cortex) nachweisen.

Eine in der Humanmedizin etablierte Technik bei der Auswertung von Daten aus funktionellen MRT-Studien ist die Normalisierung. Bei der Normalisierung werden die Daten verschiedener Probanden auf ein Modell-Gehirn übertragen, so dass diese Daten gemeinsam ausgewertet werden können. Durch diese Technik lassen sich auch kleine Aktivierungen nachweisen, so dass eine genauere Differenzierung der Funktionen einzelner Gehirnareale möglich ist. Zudem lassen sich die Ergebnisse verschiedener Studien nach Übertragung der Studiendaten auf ein Modell-Gehirn besser vergleichen. Um eine solche Normalisierung auch bei fMRT-Studien am Gehirn des Hundes zu ermöglichen, wurde aus den anatomischen MRT-Daten der zehn Beagle ein dreidimensionales MRT-Modell des Gehirns des Beagles entwickelt. Anhand dieses Modells erfolgt nun eine Gruppenanalyse der vorliegenden funktionellen Daten. Hierbei wird auch untersucht, ob der Einsatz verschiedener akustischer Stimuli (Weißes Rauschen, Kammfilterrauschen mit verschiedenen Frequenz-Peaks) zu einer Aktivierung verschiedener Regionen im Gehirn des Beagles führt. Anhand dieser Untersuchung sollen die Bereiche im Gehirn des Hundes identifiziert werden, die für die frequenzspezifische Wahrnehmung zuständig sind.

Auf diesem Wege hoffen wir neue Informationen zur funktionellen Neuroanatomie und den Erkrankungen des Hörapparates des Hundes zu erhalten.

Cooperation Partners:

Medizinische Physik der Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg, Dr. S. Uppenkamp

Funding: DFG

Project Details:
Das Projekt ist assoziiert an den Sonderforschungsbereich (SFB) 599 und ergibt sich aus dem Schwerpunkt der Evaluation von Implantaten aus resorbierbaren Magnesiumlegierungen.
Goldstandard für die Rekonstruktion von Defekten im Schädelbereich ist heutzutage die Transplantation von autogenem Knochen. Nachteilig hierbei sind der entstehende Entnahmedefekt beim Spender und die limitierte Verfügbarkeit. Das macht die Entwicklung von Knochenersatzmaterialien erforderlich, welche sowohl langfristig Form- und Konturstabilität als auch Ersatzresorption durch organspezifisches Gewebe garantieren. Neu entwickelte Fertigungsverfahren ermöglichen erstmals die Herstellung sogenannter Hybridimplantate, die sich aus Magnesium, Titan sowie Polymeren zusammensetzen.
Magnesium besitzt einen dem Knochen ähnlichen Elastizitätsmodul, ist biokompatibel und kommt natürlicher Weise im menschlichen sowie im tierischen Körper vor. Es kann vollständig resorbiert werden, wobei die entstehenden Abbauprodukte nicht toxisch sind. Diese Eigenschaften machen es zu einem sehr gut geeigneten Material zur Herstellung von resorbierbaren Implantaten.
Titan stellt dabei die anfangs zwingend erforderliche Festigkeit für das Schädelimplantat bereit. Mit verschiedenen Polymerbeschichtungen, die im Institut für Biomedizintechnik der Universität Rostock vorgenommen werden, soll die Korrosion der Magnesiumkomponente verzögert und die Gewebsneubildung gesteuert werden.
Eine vollständige Durchbauung des Implantates mit Knochengewebe ist gerade bei großen Defekten im Gesichtsbereich mit resorbierbaren Materialen bisher nicht verwirklicht.
Um die knöcherne Durchbauung zu unterstützen, werden die Implantate mit mesenchymalen Stammzellen oder auch Osteoblasten prävitalisiert. Dies wird außerdem durch die speziell angefertigte Gitterstruktur des Implantates gefördert. Eine frühe Gefäßeinsprossung ist für den Gewebeaufbau von besonderer Wichtigkeit. Proangiogene Faktoren sollen die initiale Vaskularisation unterstützen. Die spezielle Geometrie mit interkonnektiver Porenstruktur soll eine ausreichende nutritive Versorgung gewährleisten.
Zur Erzeugung einer der natürlichen Schädelform folgenden Implantatkontur und der Gitterstruktur wird das Verfahren des Selective Laser Meltings (SLM) für den Werkstoff Magnesium im Laser Zentrum Hannover (LZH) entwickelt. Mit diesem Verfahren können anhand von CT-Datensätzen individuell auf den Defekt abgestimmte Implantate entwickelt werden.
In vitro und im Tierversuch werden die Biokompatibilität und Vaskularisierung der Hybridimplantate, sowie der Einfluss der Prävitalisierung und der proangiogenen Faktoren untersucht. Die in vivo Versuche finden in Kooperation mit der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover statt.

Cooperation Partners:

Kooperationspartner:

Laser Zentrum Hannover e.V., Hannover, Prof. Dr. Dr. h.c. H. Haferkamp

Lehrstuhl für Technische Chemie I, Universität Duisburg-Essen, Prof. Dr. S. Barcikowski

Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde, MHH, Hannover, Prof. Dr. N.C. Gellrich

Funding: Friedrich-Ebert-Stiftung , 60.000 EUR

Project Details:
Angesichts der bedrohlich zunehmenden Resistenzbildung der Krankheitserreger gegen bewährte Antibiotika und dem Auftauchen neuer Infektionserkrankungen ist die Antiinfektiva-Forschung gefordert, alternative Wirkstoffe zu entwickeln. Neben Antibiotika, können pharmazeutische Substanzen zum Einsatz kommen, die das Immunsystem des infizierten Patienten stärken, um gegen die Infektion anzukämpfen. Solche immunstärkenden Wirkstoffe finden sich häufig als Naturstoffe in traditionellen Heilpflanzen.
Im biologischen Screening sollen Naturstoffe von Medizinalpflanzen aus dem Regenwald Costa Ricas in Hinblick auf ihre immunstärkenden Eigenschaften getestet werden. Diese Naturstoffe werden von einer kooperierenden Arbeitsgruppe aus Huntsville, Alabama unter der Leitung von Prof. William Setzer, gesammelt und zur Verfügung gestellt. Chemisch werden die Extrakte durch analytische HPLC mit UV- und MS-Detektion auf neue, aber auch auf bekannte immun-modulierende Produkte hin untersucht. Die neuen Substanzen werden isoliert und in ihrer Struktur aufgeklärt. Gleichzeitig werden die gereinigten Produkte in vielfältigen biologischen Systemen auf ihre Wirkung und die zugehörigen biochemischen Wirkmechanismen hin geprüft.

Results:

Jerjomiceva N, Seri H, Yaseen R, de Buhr N, Setzer WN, Naim HY, von Köckritz-Blickwede M. Guarea kunthiana Bark Extract Enhances the Antimicrobial Activities of Human and Bovine Neutrophils. Nat Prod Commun. 2016 Jun;11(6):767-70.

Yaseen R, Blodkamp S, Lüthje P, Reuner F, Völlger L, Naim HY, von Köckritz-Blickwede M. Antimicrobial activity of HL-60 cells compared to primary blood-derived neutrophils against Staphylococcus aureus. J Negat Results Biomed. 2017 Feb 19;16(1):2. doi: 10.1186/s12952-017-0067-2.

 

In Vitro Testing of Crude Natural Plant Extracts from Costa Rica for Their Ability to Boost Innate Immune Cells against Staphylococcus aureus.

Yaseen R, Branitzki-Heinemann K, Moubasher H, Setzer WN, Naim HY, von Köckritz-Blickwede M.

Biomedicines. 2017 Jul 5;5(3). pii: E40. doi: 10.3390/biomedicines5030040.

Cooperation Partners:

Prof. William Setzer, University of Huntsville, Alabama

Project Details:
Die Lutealinsuffizienz der Hündin, auch Hypoluteinismus oder Gelbkörperschwäche genannt, resultiert aus einer Ovarfunktionsstörung, welche durch eine unzureichende Progesteron-synthese und -sekretion charakterisiert ist. Diese führt bei der graviden Hündin zum Fruchttod bzw. im weiteren Verlauf zum Verlust der Trächtigkeit.

Über die Inzidenz der Lutealinsuffizienz beim Hund liegen bisher keine gesicherten Erkenntnisse vor. Ursache hierfür ist die in Verdachtsfällen im Rahmen der tierärztlichen Betreuung von graviden Hündinnen vielfach eingeleitete Substitutionstherapie mit Progesteron, welche einer klaren Diagnosestellung entgegensteht. Auf diese Weise bleibt die Chance einer gezielten Selektion von Zuchthündinnen mit ungestörter Ovarfunktion ungenutzt. Vielmehr besteht ein nicht kalkulierbares Risiko der unkontrollierten Verbreitung dieser Ovarfunktionsstörung innerhalb der Zuchthundepopulation

Ziele der geplanten Studie sind die diagnostische Verifizierung der Lutealinsuffizienz zur Erlangung von Informationen zu ihrer Inzidenz in Anlehnung an Günzel-Apel et al. (2012) sowie die Ermittlung möglicher endokriner (primär ovarial, sekundär hypophysär) und immunologischer (Antikörpernachweis) Ursachen.

Neue Erkenntnisse werden erwartet hinsichtlich:
- der Inzidenz der Lutealisuffizienz beim Hund
- einer möglichen Rolle von Antikörpern gegen Progesteron (IgM und IgE) sowie des luteotropen Hormons Prolaktin und, bei graviden Tieren, von Relaxin auf die Progesteronsynthese und -sekretion sowie eines möglichen Einflusses von ggf. vorhandenen Schilddrüsenhormon-Antikörpern bei der Entstehung der Lutealinsuffizienz.

Results:

bisherige Ergebnisse:

 

Günzel-Apel A, Urhausen C, Wolf K, Einspanier A, Oei C, Piechotta M. Serum progesterone in pregnant bitches supplemented with progestin because of expected luteal insufficiency. Reprod Dom Anim 2012, 47 (Suppl 6), 55-60; doi: 10.1111/rad.12029, ISSN 0936-6768

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Ralph Einspanier, Institut für Veterinär-Biochemie, FU Berlin

Prof. Dr. Almuth Einspanier, Veterinär-Physiologisch-Chemisches Institut, vet.-med. Fakultät der Universität Leipzig

Prof. Dr. Gerhard Schuler, Klinik für Geburtshilfe, Gynäkologie und Andrologie der Groß- und Kleintiere, vet.-med. Fakultät der Universität Giessen