Overview of research projects

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: #

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: 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.

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:
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.

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

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