Overview of research projects

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Project Details:
Traumatische Rückenmarkschäden durch Bandscheibenvorfälle sind eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen beim Hund. Trotz Fortschritten in Diagnostik und Therapie ist die Behandlung in vielen Fällen schwierig. <em>In vivo</em>-Studien am Nagermodell zeigen, dass trans-plantierte Schwann-Zellen und olfaktorische Hüllzellen (olfactory ensheathing cells, OECs) axonales Wachstum und Remyelinisierung <em>in vivo</em> fördern. Unklar ist, ob kanine transplantierte Gliazellen ähnliche in vivo-Effekte vermitteln, und ob das kanine Rückenmark Nager-ähnliche degenerative Prozesse aufweist. Aufgrund fehlender Vergleichsstudien ist selbst am Nagermodell nicht geklärt, welcher der beiden Zelltypen das größere regenerative Potential besitzt, und inwieweit OECs der Riechschleimhaut als der klinisch zugänglichsten Quelle den Zellen des Bulbus vergleichbare Effekte vermitteln. In diesem Projekt wird zunächst die Degeneration, Regeneration und Reparation des adulten kaninen Rückenmarkes nach Verletzung detailliert morphologisch und molekular unter Berücksichtung von Gliazellproliferation, Zytokin-, MMP-, TIMP-, HIF- und Epo-Expression sowie der extrazellulären Matrix in vivo charakterisiert. Dies soll dazu dienen ein für die Zelltransplantation beim Hund optimales Zeitfenster zu definieren. Parallel dazu werden OECs des Bulbus olfactorius und der Riech-schleimhaut sowie Schwann-Zellen des Nervus fibularis kultiviert und erstmalig vergleichend die Eigenschaften von OECs und Schwann-Zellen bezüglich Proliferation, Antigenexpression und Neuritenwachstumsfördernder Aktivität in vitro und in vivo nach Transplantation in das verletzte Rückenmark der Ratte (Kooperation mit AG 5) bestimmt. Mit der Analyse des "Empfänger"-Gewebes Rückenmark und des "Spender"-Gewebes Glialzelle werden nicht nur bislang am Nagermodell erhobene Daten auf den Hund übertragen, sondern innovativ die Grundlage für die autologe Transplantation beim Hund gelegt.

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. Die astrozytäre Narbenbildung und eine fehlende bzw. unvollständige und erst spät einsetzende Remyelinisierung stellen neben der Demyelinisierung einen klassischen pathomorphologischen Befund bei chronisch progressiven Verlaufsformen der MS und der TME dar. Eigene Untersuchungen des Transkriptoms bei der TME mittels Mikroarrays zeigten eine Aufregulation der mRNS zahlreicher an den Janus Kinase (JAK)/ Der Signal transducer and activator of transcription (STAT)-Signalwegen beteiligter Gene. Der STAT3-Signalweg induziert im Rahmen der physiologischen embryologischen Entwicklung glialer Vorläuferzellen eine Proliferation und astrozytäre Differenzierungsrich-tung. Ausgehend von der Arbeitshypothese, dass es durch eine Zytokin- oder Wachstumsfak-tor-vermittelte Aktivierung des STAT3-Signalweges zu der astrozytären Narbenbildung und gleichzeitigen Unterdrückung der endogenen Remyelinisierung bei der TME kommt, stehen folgende Aspekte im Vordergrund des vorgesehenen Forschungsprojekts: (i) Identifikation des zellulären Ursprungs des STAT3-Signals bei der TME unter besonderer Berücksichtigung der Astrozyten, (ii) Untersuchung, inwieweit eine Aktivierung des STAT3-Signalwegs eine astrozytäre Differenzierung von oligodendroglialen Vorläuferzellen (OPCs) in vitro begüns-tigt. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob der STAT3-Signalweg ein mögliches Ziel für die Ent-wicklung einer Astrogliose-inhibierenden und die Remyelinisierung fördernden Therapie zur Behandlung von Entmarkungserkrankungen von Mensch und Tier ist.

Cooperation Partners:

Zentrum für systemische Neurowissenschaften, Hannover

Project Details:
Lahmheiten gehören neben Euterentzündungen und Fruchtbarkeitsstörungen zu den dritthäufigsten Ursachen für finanzielle Verluste in der Milchviehhaltung. Zur deren Vermeidung sind effektive chirurgische Interventionen bei Klauenerkrankungen erforderlich. Fraglich ist jedoch bei vielen Behandlungsverfahren, ob diese zu einer ausreichenden Wiederherstellung der Klauenfunktion führen, zumindest sind hohe Rezedivraten zu verzeichnen. Ziel der Untersuchung an Patienten der Klinik für Rinder der TiHo ist, verschiedene Modifikationen von Operationsverfahren zu prüfen, in wie weit diese eine funktionelle Wiederherstellung ermöglichen. Im Rahmen der Studien kommen als Untersuchungsmethoden u.a. Kraft- und Druckverteilungsmessplatten zum Einsatz.

Funding: DAAD , 50.000 EUR

Project Details:
Lysosomal storage disorders are a heterogeneous group of more than 50 distinct inborn metabolic diseases affecting about 1 in 5000 to 7000 live births. The diseases often result from mutations followed by functional deficiencies of enzymes or transporters within the acidic environment of the lysosome, which mediate the degradation of a wide subset of substrates, including glycosphingolipids, glycosaminoglycans, cholesterol, glycogen, oligosaccharides, peptides and glycoproteins, or the export of the respective degradation products from the lysosomes. The progressive accumulation of uncleaved substrates occurs in multiple organs and finally causes a broad spectrum of different pathologies including visceral, neurological, skeletal and hematologic manifestations. Besides deficient lysosomal enzymes and transporters other defects may lead to lysosomal storage disorders, including activator defects, membrane defects or defects in modifier proteins. Our research focusses on two different lysosomal storage disorders: Niemann-Pick type C, and Fabry disease. Niemann-Pick Type C disease (NPC) is characterized by a defect in the trafficking of endocytosed cholesterol with sequestration of unesterified cholesterol in lysosomes and late endosomes, due to an autosomal recessive mutation in one or both of the genes NPC1 and NPC2. Other lipids also accumulate with variation between different tissues. The second disease analysed is Morbus Fabry, a lysosomal storage disease caused by an inherited deficiency of the lysosomal enzyme &#945;-galactosidase A (GAA), which facilitates the first step of glycosphingolipid degradation. The consequence of GAA dysfunction is the accumulation of glycosphingolipids, especially globotriaosylceramid (GB3), in blood vesicles as a preliminary step and furthermore in the lysosomes of different organs.
Our work emphasizes the potential implications of membrane trafficking defects on the pathology of these diseases, as many mutations interfere with correct lysosomal protein trafficking and alter cellular lipid homeostasis. Unraveling of these pathogenetic mechanisms constitutes an essential step towards designing therapeutic strategies, such as substrate reduction therapy as well as pharmacological chaperone therapy which directly aim to improve folding and lysosomal transport of misfolded mutant proteins.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Anibh Das, Leiter Pädiatrische Stoffwechselmedizin, Kinderklinik der MHH, Pädiatrie II, Carl-Neuberg Str. 1, 30625 Hannover

Project Details:
Das protocadherin liver kidney colon (PLKC, CDHR2) ist ein Mitglied der Super-Familie der Cadherine und besitzt Eigenschaften eines Tumor-Suppressors, indem es Kontakt-Inhibition der Zell-Proliferation induziert. Weder der Mechanismus dieser Inhibition noch die physiologische Rolle dieses Proteins in den Geweben, in denen Expression nachgewiesen wurde, konnten bislang aufgeklärt werden.

Beide Fragestellungen werden mittels molekularbiologischen,
proteinbiochemischen und zellbiologischen Untersuchungen erarbeitet.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Marwan El-Sabban, Medical Faculty, American University of Beirut, Libanon;

PD Dr. Wilfried Kues, FLI, Mariensee

Project Details:
I. Ziel
Die intraläsionale Injektion von autologen kultivierten mesenchymalen stromalen Zellen aus Fettgewebe (AT-MSCs) stellt eine vielversprechende Behandlungsmöglichkeit zur Behandlung von equinen Tendopathien dar. Der Verbleib der Zellen nach Applikation ist jedoch bislang ungeklärt. Zudem liegen bisher keine Langzeitergebnisse hinsichtlich der Qualität des Ersatzgewebes für diese Behandlungsmethode vor.

II. Methodik
Bei 12 Versuchspferden werden mit Hilfe einer Knorpelfräse aus der arthroskopischen Chirurgie künstliche Defekte der oberflächlichen Beugesehne erzeugt (Az 33.9-42502-04-08/1622). Es erfolgt eine intraläsionale Behandlung der Defekte mit autologen kultivierten mesenchymalen stromalen Zellen aus Unterhautfettgewebe, die zuvor mit GFP (green fluorescent protein) bzw. mit Eisenpartikeln markiert wurden, oder mit einem Plazebo. Der Verbleib und die Verteilung der Zellen wird zunächst in vivo mittels magnetresonaztomographischer Untersuchungen überprüft und nach zeitversetzter Einschläferung der Pferde am Präparat nachvollzogen. Zudem erfolgen biochemische, molekularbiologische und biomechanische Untersuchungen des Sehnengewebes, um die Qualität des im Rahmen der Sehnenheilung entstandeen Ersatzgewebes zu überprüfen.

Results:

Conze, P., van Schie, H.T.M., van Weeren, R., Staszyk, C., Conrad, S., Skutella, T., Hopster, K., Rohn. K., Stadler, P., Geburek, F. Effect of autologous adipose tissue-derived mesenchymal stem cells on neovascularization of artificial equine tendon lesions. Regen. Med. 2014, 9 (6): 743-757.

 

Geburek, F., Mundle K., Conrad, S., Hellige, M., Walliser, U., van Schie, H.T.M., van Weeren, R., Skutella, T., Stadler, P. Tracking of autologous adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells with in vivo magnetic resonance imaging and histology after intralesional treatment of artificial equine tendon lesions - a pilot study. Stem Cell Res. Ther. 2016, 1. Feb.; 7: 21.

 

https://stemcellres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13287-016-0281-8

 

Geburek, F., Roggel, F., van Schie, H. T. M., Beineke A., Estrada, R., Weber, K., Hellige, M., Rohn, K., Jagodzinski, M., Welke, B., Hurschler, C., Conrad, S., Skutella, T., van de Lest, C., van Weeren, R., Stadler, P. M. Effect of single intralesional treatment of surgically induced equine superficial digital flexor tendon core lesions with adipose-derived mesenchymal stromal cells (AT-MSCs) - a controlled experimental trial. Stem Cell Res. Ther. 2017, 5. Juni; 8 (1): 129.

 

https://link.springer.com/content/pdf/10.1186/s13287-017-0564-8.pdf

Cooperation Partners:

Prof. Dr. T. Skutella, Institut für Anatomie und Zellbiologie, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg;

Prof. Dr. R. van Weeren, Universität Utrecht, NL;

Prof. Dr. H.T. van Schie, Universität Utrecht, NL;

Dr. U. Walliser, Pferdeklinik Kirchheim

Funding: #

Project Details:
Histiozytäre Sarkome stellen maligne Tumoren dar, die mit einer schlechten Prognose einhergehen. Sie treten sehr selten beim Menschen, beim Hund jedoch deutlich häufiger auf, so dass der Hund ein interessantes, translationales Modell für histiozytäre Sarkome ist. Die mittlerweile von vielen Tumorarten bekannte erhebliche Ähnlichkeit der jeweiligen Erkrankung bei Mensch und Hund unterstreicht die Aussagekraft derartiger Modelle. Die Etablierung von Transplantationsmodellen verhilft darüber hinaus zu der Möglichkeit Untersuchungen durchzuführen, die von einem intakten Gesamtorganismus abhängen (z.B. Tumormikromilieu, angeborene Immunantwort) und daher nicht oder nur partiell in vitro nachgestellt werden können. Onkolytische Viren stellen einen interessanten Therapieansatz für Tumoren wie das histiozytäre Sarkom dar, für die bislang wenige, langfristig erfolgreiche Behandlungsschemata vorliegen.
Ziel dieses Projektes ist es ein Xenotransplantationsmodell für kanine histiozytäre Sarkomzellen (DH82-Zellen) bei immundefizienten Mäusen zu etablieren. Darüber hinaus soll der Einfluss einer Staupevirusinfektion auf die Entwicklung transplantierter Tumorzellen untersucht werden. Ein besonderes Augenmerk soll dabei neben der Analyse des Tumorwachstum bzw. der Tumorregression auf eine mögliche Entzündungszellinfiltration sowie auftretenden Zelltod (Apoptose / Nekrose) gelegt werden.

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft (2008-2015, Forschergruppe 1103)

Project Details:
Bandscheibenvorfälle stellen eine der häufigsten Ursache für Rückenmarksverletzungen des Hundes dar. Da Kenntnisse über die Pathogenese von Rückenmarksverletzungen vorwiegend auf der Nutzung experimenteller Kleintiermodelle basieren, stellen spontane Rückenmarksverletzungen des Hundes ein Modell mit zunehmender translationaler Bedeutung dar, deren detaillierte Untersuchung neben der veterinärmedizinischen Relevanz zum Teil auch extrapolierbare Erkenntnisse für klinische Rückenmarksverletzungen des Menschen liefern kann. Ein besonderer Fokus liegt in diesem Zusammenhang auf der Entwicklung zukünftiger Therapiestrategien sowie der Identifizierung adäquater therapeutischer Ansatzpunkte. Fortlaufende Untersuchungen im Rahmen des vorliegenden Projektes konnten bereits zeigen, dass neben einer früh einsetzenden und persistierenden axonalen Pathologie pro-inflammatorische Zytokine sowie Matrix-Metalloproteinasen eine entscheidende pathogenetische Rolle im verletzten Rückenmark bei natürlich auftretenden Bandscheibenvorfällen des Hundes spielen, während Mikroglia/Makrophagen (M/M) die zelluläre Immunantwort dominieren. Ähnliche Prozesse konnten in einem simplifizierten in vitro-Modell simuliert werden, das auf der Nutzung organotypischer Schnittkulturen des Rückenmarks adulter Hunde basiert. Aktuelle und fortlaufende Microarrayanalysen früher Phasen des natürlich traumatisierten kaninen Rückenmarks verifizierten eine Dominanz pro-inflammatorischer Gene. Eine überwiegende Polarisierung von M/M in einen neurotoxischen M1-Phänotyp wurde bereits in früheren Studien an experimentellen Rückenmarksverletzungen beim Nagetier beschrieben, sodass daraus die Hypothese resultiert, das ähnliche Mechanismen auch bei natürlich auftretenden Rückenmarksverletzungen des Hundes eine Rolle spielen könnten. Derzeitige in vitro-Untersuchungen und Microarray-Analysen kaniner polarisierter, aus dem Blut stammender Makrophagen deuten in der Tat auf enorme Unterschiede im Transkriptom sowie der Morphologie kaniner M0-, M1-, and M2-Makrophagen hin. Diese Untersuchungen sollen als Grundlage für die Identifikation unterschiedlicher kaniner Makrophagen-Phänotypen in situ genutzt werden und bilden die Basis für weitergehende Analysen, insbesondere im Hinblick auf eine potenzielle therapeutische Beeinflussung der Makrophagen-Polarisierung bei kaninen Rückenmarksverletzungen.

Funding: DFG FOR 499, MPI for Brain and Cognitive Research, Leipzig

Project Details:
A central question in Cognitive Neuroscience is how human listeners evaluate animal vocalizations. Research in this direction is currently in its infancy. The goal of our study is to evaluate to which extent human listeners rate animal vocalizations linked to phylogeny or familiarity using exlicit and implict task approaches, e.g. 5-point version of the Self-Assessment Manikin (SAM), EEG, fMRI.

Results:

e.g.

 

Scheumann M., Hasting A. S., Kotz S. A., Zimmermann E.(2014): The Voice of Emotion across Species: How Do Human Listeners Recognize Animals' Affective States? PLoS ONE 9(3):e91192. DOI:10.1371/journal.pone.0091192

 

Altenmüller, E.; Schmidt, S.; Zimmermann, E. (2013): Evolution of Emotional Communication: from Sounds in Nonhuman Mammals to Speech and Music in Man. Oxford University Press, Oxford.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Sonja Kotz, Max-Planck Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Leipzig

Dr. Anna Hasting, Klinik für Kognitionsneurologie, Leipzig

Prof. Dr. Eckart Altenmüller,HMTMH, Hannover

Funding: DFG Mehl-Mülhens-Stiftung Hannoveraner Zuchtverband, 250.000 EUR

Project Details:
Genomweite Assoziationstudien sollen neue Kandidaten für funktionelle Fertilitäts- und Infertilitätsgene identifizieren. Die Genotypisierung der Daten erfolgt über den equinen Illumina Beadchip oder den Affymetrix SNP-Chip. Ausgewählte Hengste werden mittels Next-Generation-Sequencing komplett 15-20X sequenziert.
In weiteren Analysen sollen die Funktionalität über Expressions-und Proteinanalysen beim Pferd oder bei anderen Tierarten nachweisen. Dafür werden Whole Genome RNA-Seq Analysen durchgeführt.
Im Rahmen der Untersuchungen sollen für die Zucht und Besamung geeignete Marker mit signifikantem Einfluss auf die Reproduktionsleistung von Hengsten und Stuten entwickelt werden. Die Reproduktionsleistung der Pferde wird über die Trächtigkeitsrate pro Rosse und Decksaison erfasst. Dazu werden in Zusammenarbeit mit dem Niedersächsischen Landgestüt in Celle die Deckregister-Daten erhoben und ausgewertet.
Die Untersuchungen wurden auf Spermamerkmale erweitert. Hierzu werden alle routinemäßig erfassten Spermamerkmale der Hengste des Landgestüts Celle elekronisch erfasst. Für einen Teil der Ejakulate sind (Computer Assisted Sperm Analysis) und SCSA (Sperm Chromatin Structure Assay) Ergebnisse verfügbar.

Results:

Identifizierung genetischer Varianten mit signifikantem Einfluss auf die paternale Fruchtbarkeit beim Hengst und die direkte embryonale Überlebensfähigkeit.

Neueste Ergebnisse konnten in den Genen PLCz1, Notch 1 und KDR genetische Varianten nachweisen, die eine signifikante Bedeutung für die Hengstfruchtbarkeit haben

Populationsgenetische Parameter für die Konzeptionsraten und Spermamerkmale

Ergebnisse zu den Korrelationen zwischen Fruchtbarkeit bei der Konzeption und Spermamerkmalen

Cooperation Partners:

Niedersächsisches Landgestüt, Celle