Overview of research projects

Funding: DFG SFB599 Projekt D13

Project Details:
In diesem Projekt wird ein neuartiges Konzept zur Auslegung und Fertigung von patientenindividuellen
Implantatprototypen erarbeitet werden. Das Konzept umfasst die Entwicklung, umformtechnische
Prototypenherstellung und klinische Erprobung individualisierter Hüftprothesenpfannen für den
Einsatz an caninen und humanen Patienten. CT-basierte Geometriedaten humaner und caniner Hüftgelenkpfannen
dienen als Grundlage für die Auslegung individualisierter Prothesenpfannen. Ihre Herstellung
erfolgt umformtechnisch aus biokompatiblen Titan-Blechwerkstoffen.

Cooperation Partners:

Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover (Dr. Bouguecha, Prof. Dr. Behrens)

Orthopädische Klinik im Annastift der Medizinischen Hochschule Hannover (Prof. Dr. Sukenborg-Colsman)

Funding: EU (Paravac), 636.210 EUR

Project Details:
In verschiedenen heterologen Systemen (E. coli, Pichia pastoris, Nicotiana tabacum) rekombinant exprimierte Lungenwurmproteine sollen in in vitro-Assays auf ihre Antigenität untersucht werden. Dabei wird die Reaktion jener Immunzellen untersucht, die grundsätzlich bei Infektionen eine initiale Rolle spielen, nämlich die der Dendritischen Zellen (DC). Die Maturation von stimulierten DC und ihre Fähigkeit, naive T-Zellen (TC) zu stimulieren und zur Proliferation anzuregen, gibt erste Hinweise über das Potential eines rekombinanten Proteins, das Immunsystem zu aktivieren. Darüber hinaus kann durch die Untersuchung von Zytokinprofilen im Kulturmedium auf die Richtung der Immunantwort (TH1/TH2) geschlossen werden. Mit Hilfe dieser Immunzellassays können somit gezielt immunstimulierende Lungenwurmproteine für spätere Vakzinierungsstudien ausgewählt werden.

Results:

Joekel, D., Hinse, P., Raulf, M. K., Schicht, S., Bäumer, W., Werling, D., Kremmer, E., Strube, C. (2015) Vaccination of calves with yeast- and bacterial-expressed paramyosin from the bovine lungworm Dictyocaulus viviparus. Parasite Immunology 37, 614-623

Cooperation Partners:

Dr. Dirk Werling, Royal Veterinary College, London

Prof. Dr. W. Bäumer, College of Veterinary Medicine, North Carolina State Universit, USA

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft, 110.300 EUR

Project Details:
Für viele Zoonoseerreger spielt der Darm eine entscheidende Rolle bei der Etablierung der Infektion sowie bei der Erregerausscheidung und somit bei der Ausbreitung der Infektion. Während mehrere Zellkultursysteme, die aus der Maus, der Ratte oder dem Menschen stammen, verfügbar sind, besteht für Untersuchungen im porcinen Bereich bisher nur die Möglichkeit, Primärzellkulturen, Organkulturen oder Versuchstiere einzusetzen. Um die molekularen Mechanismen, die zur Infektion von Darmepithelzellen im Schwein führen, näher zu charakterisieren und somit neue Strategien zur Eindämmung von Infektionen beim Schwein zu entwickeln, sollen in einem ersten Schritt frisch isolierte Epithelzellen aus verschiedenen Darmabschnitten des Schweins mit Hilfe eines retroviralen Vektors, der die Gensequenz für das "SV 40 large T antigen"" enthält, immortalisiert werden. Anschließend soll eine morphologische, biochemische und funktionelle Analyse der immortalisierten Zellen am Beispiel von enterotoxischen Escherichia coli und Mycobacterium avium ssp. hominissuis zeigen, ob sich die neu etablierten Zelllinien zur Untersuchung von Pathogenitätsmechanismen Zoonose-relevanter Erreger eignen."

Results:

http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/197787377

Project Details:
Butyrat wird als wachstums- und gesundheitsförderndes Supplement in der Geflügel- und Schweinefütterung eingesetzt. Während in Zellkulturansätzen bereits metabolische und epigenetische Effekte von Butyrat, einem Deacetylasehemmer, gezeigt werden konnten, sind Studien im lebenden Tier eher selten. Ziel dieser Studie ist es neben den bekannten trophischen Einflüssen von Butyrat auf das Darmepithel auch die metabolischen und epigenetischen Wirkungen im wachsenden Küken zu untersuchen. Es wird erwartet, dass Butyrat die Insulinsensitivität verbessert und nachhaltig Gesundheit und Entwicklung des Tieres fördert.

Results:

http://ac.els-cdn.com/S0739724014000691/1-s2.0-S0739724014000691-main.pdf?_tid=8110efc8-ff14-11e6-80a5-00000aab0f6b&acdnat=1488437602_28e3fceb4b117f3dbe0366fb3faf2b47

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3561214/pdf/1743-7075-10-12.pdf

Cooperation Partners:

Ass. Prof. Dr. Zsuzsanna Neogrady, Dr. Gabor Matis, Department of Physiology and Biochemistry, University of Veterinary Sciences, Budapest, Ungarn

Prof. Dr. Peter Galfi, Department of Pharmacology, University of Veterinary Sciences, Budapest, Ungarn

Funding: BfN, 2.226.733 EUR

Project Details:
Die Beurteilung der Auswirkungen von Unterwasserschall auf marine Wirbeltiere (Schweinswale, Seehunde, Kegelrobben und Fische) - auf einer wissenschaftlichen Grundlage - ist bisher nur ansatzweise möglich. Für die artenschutzrechtlichen Prüfungen im Rahmen von Genehmigungsverfahren sind daher zusätzliche, grundlegende Forschungen zu den Auswirkungen von Unterwasserschall insbesondere auf marine Wirbeltiere erforderlich. In diesem Cluster wird anwendungsorientierte Forschung zu einer möglichen Beeinflussung der belebten Natur durch menschengemachten Lärm betrieben. Ziel ist es, überprüfbare Standards zur Bewertung des Einflusses von Unterwasserschall auf marines Leben zu entwickeln. Das vom ITAW der TiHo Hannover in Büsum in enger Zusammenarbeit mit dem BfN koordinierte Cluster 7 untersucht dabei ein breites Aufgabenspektrum. In Kooperation mit nationalen und internationalen Partnern (Universität Aarhus; DW-ShipConsult GmbH; Universität Liege; IMARE; DMM Stralsund, HZG) und Einrichtungen (Fjord&Baelt Kerteminde; Delphinarium und Rehabilitationszentrum Harderwijk; Seehundstation Friedrichskoog e.V.; Marine Station Hel) werden in verschiedenen Teilprojekten das Hörvermögen von Schweinswalen und Robben erforscht sowie Untersuchungsansätze zu möglichen Schädigungen von Fischen durch impulsartige Schallereignisse entwickelt.
Zudem werden die akustische Belastungsgrenze und mögliche Stressreaktionen durch anthropogenen Unterwasserlärm bei Schweinswalen untersucht. Darüber hinaus sollen freilebende Robben und Schweinswale mit einem automatischen Fahrtenschreiber ausgestattet werden, der gleichzeitig die aktuelle Schallbelastung der Tiere im Wasser aufzeichnen kann. Ziel solcher Untersuchungen ist das bessere Verständnis möglicher Verhaltensänderungen der Tiere (Flucht, Tauchverhalten, Abwanderung aus den "lauten"" Gebieten) nach Unterwasserschallereignissen. Zur Vervollständigung der Informationen über Lärm im Meer wird in den Natura 2000 Schutzgebieten der Nord- und Ostsee eine Schallkartierung mittels Unterwassermikrofonen durchgeführt werden. In Absprache mit anderen Institutionen und dem Cluster 2 soll dann ein Konzept für ein standardisiertes Messverfahren zur Schallkartierung entwickelt werden."

Results:

Ruser, A.; Dähne, M.; van Neer, A.; Lucke, K.; Sundermeyer, J.; Siebert, U.; Houser, D. S.; Finneran, J. J.; Everaarts, E.; Meerbeek, J.; Dietz, R.; Sveegaard, S.; Teilmann, J.: Assessing auditory evoked potentials of wild harbor porpoises (Phocoena phocoena)

In: The Journal of the Acoustical Society of America, 140, 1 (2016) 442-452

https://dx.doi.org/10.1121/1.4955306

Cooperation Partners:

Universität Aarhus

DW-ShipConsult GmbH

Universität Liege

IMARE

Deutsches Meeresmuseum Stralsund

Fjord&Baelt Kerteminde

Delphinarium und Rehabilitationszentrum Harderwijk

Seehundstation Friedrichskoog e.V.

Marine Station Hel

Project Details:
TÄ Nicole Reusche

Über die Bedeutung apoptotischer und proliferativer Prozesse am pathologisch veränderten caninen Uterus ist bisher wenig bekannt. Im Schrifttum wird lediglich über deren Vorkommen und Ausprägung im gesunden Endometrium berichtet. Danach scheint es sich auch bei dieser Tierart um zyklische hormonabhängige Prozesse zu handeln mit einem Anstieg proliferativer Prozesse in der Follikelphase und einer Zunahme apoptotischer Zellen in der Lutealphase, der Endometriumreparation sowie zum Teil auch im Anöstrus.
Die Pathogenese der glandulär-zystischen Hyperplasie des Endometriums (GZEH) ist noch nicht (vollständig) geklärt. Beim Menschen gilt es als erwiesen, dass das anti-apoptotische Protein Bcl-2 an der Entstehung der zystischen Endometrium-hyperplasie beteiligt ist.
Neue Erkenntnisse werden erwartet hinsichtlich
- der Pathogenese sowie Klassifikation des sog. GZEH-Pyometra-Komplexes der Hündin.
- des Vorkommens apoptotischer und proliferativer Prozesse im zystisch veränderten Endometrium im Vergleich zum gesunden Endometrium.
- des Vorkommens der Apoptose-regulierenden Proteine Bcl-2 und Bax im gesunden und pathologisch veränderten Endometrium.

Results:

https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2018.03.018

Project Details:
In diesem Projekt werden folgende Teilaufgaben bearbeitet:
- Erstellung virtueller, dreidimensionaler Modelle von equinen Schneidezähnen verschiedener Zahnaltersstufen zur Verwendung für die Finite-Elemente-Analyse,
- Berechnung der entstehenden Druck- und Zugspannungen in den einzelnen Zähnen sowie im Zahnhalteapparat,
- Computergestützte Simulation der Spannungsverteilungen im Schneidezahngebiss zur Aufklärung ätiopathologischer Prozesse der EOTRH (Equine Odontoclastic Tooth Resorption and Hypercementosis)

Results:

https://cdn.dgmp.de/media/document/1400/DGMP2015-Abstractband-final.pdf

Cooperation Partners:

Prof. Dr. Carsten Staszyk, Universität Gießen

Funding: DFG SFB 599 TP D13

Project Details:
In dem hier vorgestellten Teilprojekt soll ein neuartiges Konzept zur Auslegung und Fertigung von patientenindividuellen Implantatprototypen erarbeitet werden. Das Konzept umfasst die Entwicklung, umformtechnische Prototypenherstellung und klinische Erprobung individualisierter Hüftprothesenpfannen für den Einsatz an caninen und humanen Patienten. CT-basierte Geometriedaten humaner und caniner Hüftgelenkpfannen dienen als Grundlage für die Auslegung individualisierter Prothesenpfannen. Ihre Herstellung erfolgt umformtechnisch aus biokompatiblen Titan-Blechwerkstoffen.

Die Versorgung schwerer Hüftgelenks­erkran­kungen mit künstlichen Hüfttotalendo­prothe­sen stellt in der Humanmedizin als auch in der Veterinärmedizin einen häufigen operati­ven Eingriff dar. Trotz langjähriger Erfahrung kommt es nach der Implantation immer wie­der zu Komplikationen, die zu einer Revision des Implantats führen. Insbesondere die Migration der Prothesenpfanne stellt ein gro­ßes Problem dar. Eine mögliche Ur­sache der Migration sind die veränderten mechanischen Bedin­gungen, die zu einem Knochen­abbau im Bereich der Pfannenkom­ponente führen können. Des Weiteren ist für eine ausreichend stabile Verankerung der Prothesenpfanne ein starker Knochenabtrag erforderlich, der den Kno­chenabbau begünstigt und eine Revisions­operation erschwert.

Eine Lösung dieser Problematik stellen pa­tientenindividuelle Hüftprothesenpfannen dar. Aufgrund des Einsatzes von kosten- und zeitintensiver Verfahren für die Herstellung patienten­individueller Prothesen, beschränkt sich der Einsatz einer individualisierten Pro­thesen­pfanne heutzutage jedoch nur auf die Behandlung von Pa­tienten mit starken Fehl­bildungen im Hüftgelenk oder mit Tumor­lokali­sation in diesem Bereich.Bis jetzt ist es nicht möglich eine individualisierte Pro­these mit vergleichbaren Preisen einer Groß­serie zu produzieren, was einer Verbrei­tung solcher Prothesen­komponenten entge­gen wirkt.

Ziel des Projekts besteht in der Entwicklung und Auslegung von patientenindividuellen, knochenschonenden und kostengünstigen Prothesenpfannen für Mensch und Hund. Hier­für wird ein Konzept zur Herstellung dieser individuellen Pfannen­komponenten mittels der Blechumformung erarbeitet.

Der erste Schritt der Pfannenkonstruktion stellt die Ermittlung der physiologischen Ge­gebenheiten des Acetabulums dar. Hierfür werden umfangreiche CT-Untersuchungen durchgeführt. Dabei werden Aufnahmen von gesunden sowie krankhaft veränderten Hüft­gelenken durchgeführt, die in einer Sammel­variantenbibliothek hinterlegt werden. Auf Basis dieser erfassten Daten soll durch den Einsatz von Reverse Engineering Methoden eine Universalbeckengeometrie modelliert werden. Hierfür werden die CT-Aufnahmen über ein Bestfit zur Superposition gebracht. Aus dieser räumlichen Überlagerung wird die universelle Geometrie abgeleitet und ein assoziativ-parametrisches Modell konzi­piert.
Im Anschluss ermöglicht dieser parametri­sche Aufbau die Anpassung der universellen Pfannengeometrie an die patienten¬individu¬elle Acetabulum¬geometrie durch die Anpassung der definierten Parameter.

Die umformtechnische Fertigung der indivi­dualisierten Prothesenpfannen soll mittels eines innovativen Blechumformverfahrens erfolgen. Aufbauend auf der generierten Uni­versalgeometrie werden normierte Titan­blechkomponenten im Untermaß erstellt, die mit Hilfe des konventionellen Tief­ziehens in Großserie gefertigt werden. Anschließend soll eine maßgerechte individuelle Weitung der erhaltenen Blechbauteile durch Nachformen mit einem modi­fizierten adaptiven Gummi­ziehverfahrens durchgeführt werden. Die Auslegung dieses neuartigen Prozesses soll mittels der Finite-Elemente-Methode erfolgen.

Die gefertigten Implantatprototypen werden unter Verwendung unterschiedlicher Verfah­ren getestet. Zunächst erfolgt die Erprobung der Prothese im Hunde Kadaverver­such. Mit Hilfe dieser Versuche werden geeignete chirurgische Zugänge zum Acetabulum für eine passgenaue Positionie­rung entwickelt. Des Weitren soll damit eine Aufwandabschät­zung des chirurgischen Ein­griffs im Vergleich zu konventionellen Pfannen­systemen erzielt werden.
Weiterhin soll die Prüfung der Komponenten im humanen Kunstknochen, später auch in Leichenbecken erfolgen. Dabei soll zum Einen das Bewegungsmaß in allen Richtungen er­fasst, zum Anderen eine Belastungsmessung in einer Materialtestmaschine durchgeführt werden.

Vision der Forschungsarbeiten ist die Steigerung der Lebensdauer von Implantaten durch eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften sowie durch die Entwicklung knochenschonender patientenindividueller Implantate. Mit Hilfe der kostengünstigen Fertigung unter Einsatz des vorgestellten Gummiziehverfah­rens soll zusätzlich die Wirschaftlichkeit individualisierter Prothesen­pfannen erhöht werden.

Cooperation Partners:

dr. A. Bouguesha, Institut für Umformtechnik und Umformmaschienen, Leibniz Universität Hannover

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

Funding: EU - Research Executive Agency, 100.000 EUR

Project Details:
Eicosanoids and oxidative metabolites of other polyunsaturated fatty acids represent one of the most potent classes of endogenous cellular mediators. Although about 80% of pharmaceuticals influence the formation of these oxylipins, little is known in regard to alteration by food ingredients. The aim of this project is to investigate the effects of these compounds on endogenous oxylipin levels applying a targeted metabolomics approach. Numerous studies on the impact of nutrition on single eicosanoids have been carried out. Because biological effects arise from a multitude of oxylipins, this approach is incomplete. To solve this problem, we will simultaneously analyze the whole oxylipin pattern of all unsaturated fatty acids using liquid chromatography mass spectrometric methods (LC-MS). This metabolomics approach will provide a more complete description of the biological effects of food ingredients. ln a complementary approach, we will test the in vitro effect of food ingredients on the enzymes involved in the pathways of oxylipin formation, particularly their inhibition/activation, as well as their expression levels. For this purpose cell-free enzyme assays for the cyclooxgenase, lipoxygenase, cytochrome P450 and epoxide hydrolase pathways will be established. Pro- and anti-inflammatory effects of the compounds will be investigated in primary cell cultures cells followed by LC-MS read out. With these high-content screening tools, secondary plant metabolites contaminants and food additives will be investigated for modulation of oxylipin formation. The most active compounds will be tested in animal models for effects on regulatory lipids and on physiological end points including atherosclerosis, inflammation and pain. lt is proposed that these studies will lead to the discovery of food ingredients that alter regulatory lipids, provide understanding of the system involved, while providing new tools for the pharmacological and toxicological evaluation of xenobiotics.

Funding: EU (FP7), 636.210 EUR

Project Details:
Infektionen mit dem Rinderlungenwurm Dictyocaulus viviparus, welcher nicht selten tödliche Lungenerkrankungen hervorruft, induzieren eine belastbare, für 6-12 Monate vor einer Erkrankung schützende Immunität. Diese natürliche Immunitätsbildung ist die Grundlage für das Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines auf rekombinant exprimierten Proteinen basierenden Impfstoffs gegen den Rinderlungenwurm. Als Vakzinekandidaten sollen neben dem Muskelprotein Paramyosin, welches nur bei Wirbellosen anzutreffen ist, verschiedene sezernierte Antigene bezüglich ihres protektiven Potentials zunächst in vitro evaluiert und anschließend klinisch getestet werden.

Results:

http://cordis.europa.eu/result/rcn/181837_de.html