Overview of research projects

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

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:
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: #

Project Details:
Die durch den BeAn-Stamm des Theilervirus (TMEV) bei empfänglichen Mäusestämmen ausgelöste demyelinisierende Theilervirus-Enzephalomyelitis (TME) ist ein bedeutendes Modell für die humane Multiple Sklerose. Hierbei ist insbesondere die chronische progressive Demyelinisierung mit fehlender bzw. unvollständiger und erst spät einsetzende Remyelinisierung ein charakteristischer pathomorphologischer Befund sowohl bei den chronisch progressiven Verlaufsformen der MS als auch der TME. Eigene Untersuchungen des Transkriptoms bei der TME mittels Mikroarrays zeigten eine enge Assoziation zwischen der Herabregulierung der mRNS zahlreicher an der Cholesterobiosynthese beteiligter Gene und der chronisch progressiven Entmarkung. Cholesterol ist ein quantitativ und qualitiativ wichtiger Bestandteil der Myelinscheiden und die Cholesterobiosynthese stellt einen geschwindigkeitsbestimmenden Schritt im Rahmen der Myelinsynthese dar. Ausgehend von der Arbeitshypothese, dass es durch eine Inhibition der Cholesterolbiosynthese durch transkriptionelle Steuermechanismen zu einer Unterdrückung der endogenen Remyelinisierung und damit chronischen Demyelinisierung bei der TME kommt, stehen folgende Aspekte im Vordergrund des vorgesehenen Forschungsprojekts: (i) Quantitative Analyse der Lipid- und Proteinkomponenten der Myelin-scheiden bei der TME unter besonderer Berücksichtigung von Cholesterol, (ii) Untersuchung, inwieweit eine cholesterolreiche Fütterung die endogene Remyelinisierungskapazität bei der TME beeinflussen kann. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob die Cholesterolbiosynthese ein mögliches Ziel für die Entwicklung einer die Remyelinisierung fördernden Therapie zur Behandlung von Entmarkungserkrankungen von Mensch und Tier ist.

Cooperation Partners:

Zentrum für systemische Neurowissenschaften, Hannover

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:
Das Projekt befasst sich mit der klinischen Ganganalyse beim Hund und der Untersuchung wie sich die Gewichtsverteilung nach Amputation einer Gliedmaße beim Patienten verändert. Parallel zur Ganganalyse werden MRT-Untersuchungen der Gelenke der kontralateralen Gliedmaße durchgeführt, um das Auftreten von Veränderungen in den vermehrt belasteten Gelenken zu untersuchen. Hierfür werden zum Einen Untersuchungen an Patienten, bei denen z.B. auf Grund von Osteosarkomen eine Gliedmaße amputiert werden muss, durchgeführt. Zum Anderen wird am Beispiel des Beagles ein Amputationsmodell entwickelt, indem den Beaglen eine Gliedmaße hochgebunden wird und somit eine Amputation simuliert werden kann.

Project Details:
Trotz ihrer einfachen Morphologie zeigt die Genetik der Placozoa eine überraschende
Komplexität. Sein Genom kodiert für diverse Signal- Gene und Transkriptionsfaktoren, die eng im Zusammenhang mit Vorgängen in komplexeren Tieren stehen. Jüngsten Genom-Analysen zufolge spiegelt das Trichoplax Genom die ursprünglichsten genetischen Bedingungen überhaupt wider. Ziel dieses Projektes ist es Gene, die eine Rolle in der Kontrolle des Zellzyklus in "höheren Tieren" spielen, in Placozoen nachzuweisen und zu charakterisieren, um ihre Funktion in basalen Metazoen zu klären. Untersuchungen an diesen grundlegenden Mechanismen in einfachen Vielzellern werden helfen, die Evolution dieser komplexen Vorgänge zu verstehen und dazu beitragen, Placozoen als einfachen einfachen Modellorganismus für die Krebsforschung zu etablieren.

Cooperation Partners:

Dr. Eduardo Moreno, Institut für Zellbiologie, Universität Bern

Project Details:
Durch die Entwicklung neuester Sequenziertechniken ist es nun zum ersten Mal möglich, Artbildung nicht nur auf der Basis einzelner Gene, sondern auch auf der Ebene des gesamten Genoms bzw. Transkriptoms zu untersuchen. Diese unter dem Begriff "adapation genomics" zusammengefasste Forschungsrichtung stellt einen ganz neuen und fundamentalen Ansatz in der modernen molekularen Ökologie dar und ermöglicht es, Gene, die direkt in Artbildungprozesse involviert sind erstmalig auch in natürlichen Populationen zu identifizieren. Am Beispiel des in unserer Arbeitsgruppe entdeckten Artkomplexes dreier kryptischer Libellenarten sollen im Rahmen dieses Projektes die Mechanismen, die hinter dieser (besonderen) Artbildung liegen untersucht werden. Durch die Einbeziehung von aquatischen sowie terrestrischen Entwicklungsstadien sollen Gene identifiziert werden, welche innerhalb des Trennungsprozess direkt oder indirekt beteiligt sind. Dieses ermöglicht erstmalig einen tieferen Einblick in die Artbildung bei Libellen im Allgemeinen und bei kryptischen Arten im Besonderen.

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

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Project Details:
Die demyelinisierende Leukoenzephalitis ist die häufigste nervöse Manifestationsform der Hundestaupe und stellt eine schwer therapierbare Erkrankung in der Veterinärmedizin dar. In der Frühphase werden hierfür Virus-induzierte und nachfolgend immunpathologische Prozes-se für die Entmarkung im ZNS der betroffenen Tiere verantwortlich gemacht. Eine vergleich-bare Pathogenese liegt bei der Theilerschen murinen Enzephalomyelitis (TME)-Virus-Infektion der Maus vor. Die experimentelle TME der Maus ermöglicht somit die Hypothesen-gestützte Untersuchung der Fragestellung, ob eine Dysfunktion von regulatorischen T-Zellen (Treg) und eine Apoptoseresistenz von Leukozyten bei chronischen Virusinfektionen zu an-haltenden Entzündungsreaktionen mit Demyelinisierung beitragen. Hierzu wird die Vertei-lung von Treg und assoziierte Immunzell-Infiltrationen sowie deren Zytokin- und Toll-like-Rezeptor-Expression und Apoptose-Induktion bei der experimentellen TME und spontan auf-getretenen Hundestaupe mittels Immunhistologie und molekularbiologischen Methoden ver-gleichend analysiert. Weiterhin soll der Einfluss von Gliazellen auf die Immunmodulation und Apoptose von Leukozyten in In vitro-Experimenten näher charakterisiert werden. Die geplante Studie stellt einen innovativen Untersuchungsansatz zur Pathogeneseforschung der Staupeenzephalitis dar. Weiterhin bilden die Ergebnisse möglicherweise eine Grundlage für immunmodulatorische Therapieansätze bei der chronischen kaninen Staupeenzephalitis sowie anderen immunpathologischen ZNS-Erkrankungen.