Forschungsprojektübersicht

Drittmittelprojekt: This work was supported by COVID-19 Research Network of the State of Lower Saxony (COFONI) with funding from the Ministry of Science and Culture of Lower Saxony, Germany (14-76403-184) and by PRACTIS?Clinician Scientist Program of Hannover Medical School, funded by the German Research Foundation (DFG-ME3696/3-1)., 50.000 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie
Research Center for Emerging Infections and Zoonoses

Projektdetails:
Die Impfung ist eine wichtige Maßnahme zur Bekämpfung der COVID-19-Pandemie. Es gab jedoch Bedenken hinsichtlich der Pharmakovigilanz, da nach der Anwendung des ChAdOx1 nCoV-19-Impfstoffs eine sehr seltene, aber potenziell katastrophale Komplikation festgestellt wurde, nämlich eine zerebrale Sinusthrombose, aber auch weitere thrombotische Komplikationen einschließlich eines ischämischen Schlaganfalls. Inzwischen wurde als wahrscheinlichster Mechanismus die durch Antikörper gegen den Plättchenfaktor 4 (PF4) vermittelte immunthrombotische Thrombozytopenie identifiziert, ein Mechanismus, der bereits von der Heparin-induzierten Thrombozytopenie (HIT) bekannt ist. Interessanterweise wurde vermutet, dass NETs auch in der HIT-Pathophysiologie für die Thrombusbildung entscheidend sind. Marker der NETose wurden in thrombozytenreichen Thromben in der Lunge von Mäusen mit HIT beobachtet. Daher könnten NETs auch an durch Impfstoffe induzierte immunthrombotische Thrombozytopenie (VITT) vermittelte thrombotische Komplikationen beteiligt sein und könnten daher ein gemeinsamer Auslöser in der Pathogenese von COVID-19 und durch Impfstoffe induzierten Komplikationen sein. Darüber hinaus könnten Biomarker, die die Belastung durch NETs im Blutkreislauf und in Gewebeproben (z. B. zerebrale Thromben) widerspiegeln, als diagnostische, therapeutische oder prognostische Ziele bei thrombotischen Erkrankungen geeignet sein. Vor allem aber besteht ein enormer Bedarf an der Identifizierung von Patienten, bei denen ein Risiko für zerebrovaskuläre Komplikationen aufgrund von COVID-19 und VITT besteht. Das vorgeschlagene Projekt ISI-VITT soll dazu beitragen, diese Frage zu klären.

Kooperationspartner:

Cerebrovascular Research Group (Head: Prof. Dr. Karin Weissenborn), Deptartment of Neurology, Medical School Hannover: Dr. Ramona Schuppner & Dr. Gerrit M. Grosse

Prof. Dr. Christine Falk, Institute for Transplantation Immunology, Medical School Hannover

Drittmittelprojekt: SprinD, 684.523 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie
Research Center for Emerging Infections and Zoonoses

Projektdetails:
Derzeitige antivirale Wirkstoffe zielen hauptsächlich auf Stadien des viralen Lebenszyklus ab, wie die Anheftung des Virus an die Wirtszelle oder die Replikation der viralen RNA und DNA. Die meisten der verfügbaren antiviralen Mittel sind nur gegen sich replizierende Viren wirksam, und aufgrund der mangelnden Spezifität haben viele von ihnen unerwünschte Nebenwirkungen. Insbesondere bei endemischen und pandemischen Krankheitsausbrüchen besteht eine zusätzliche Herausforderung in der Virusmutagenese und der Entwicklung von Virusvarianten. Daher sind Ansätze, die auf verschiedene Virusvarianten abzielen, dringend erforderlich. Die derzeitigen Paradigmen in der antiviralen Behandlung beinhalten die Verwendung von kleinen Molekülen und/oder therapeutischen Antikörpern. Kleine Moleküle haben oft sekundäre Ziele und können daher Nebenwirkungen verursachen. Antikörper sind teuer, ihre Verabreichung ist meist auf den klinischen Bereich beschränkt, und auch sie sind von Mutationen betroffen. In einer endemischen oder pandemischen Situation sind Therapien besonders wertvoll, die eine breite Abdeckung innerhalb der Virusfamilien bieten, die Übertragung verhindern und während leichter und mittelschwerer Erkrankungen sicher angewendet werden können.

Unser neuartiger Ansatz zielt darauf ab, diesen Bedarf durch den Einsatz von CRISPR/Cas13 zu decken, einem Enzym aus Bakterien, das RNA, einschließlich des viralen Genoms (von RNA-Viren) und der viralen mRNA, schneidet und dadurch die virale Replikation und die Bildung viraler Proteine blockiert. Unsere therapeutische Strategie hat keine sekundären Ziele und kann kostengünstig auf GMP-Niveau hergestellt werden. Durch eine spezifische Kombination von so genannten crRNAs wird Cas13 auf verschiedene virale mRNAs und auf verschiedene Stellen im viralen Genom gelenkt. Die crRNAs werden so ausgewählt, dass keine menschliche RNA angegriffen wird und daher keine unerwünschten Nebenwirkungen zu erwarten sind. Diese Technologie kann leicht für jedes einzelsträngige RNA-Virus angepasst werden. Durch die Ausrichtung auf unterschiedliche und hochkonservierte Regionen bekämpft dieser Ansatz auch neu entstehende Varianten des ursprünglichen Virus.

Kooperationspartner:

Prof. Dr. Elisabeth Zeisberg, Universitätsmedizin Göttingen

Drittmittelprojekt: MWK Niedersachsen, 69.925 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
Seit der Erstbeschreibung von SARS-CoV2 und der damit verbundenen Krankheit COVID-19 im Dezember 2019 wurden verschiedene In-vitro- und In-vivo-Modelle verwendet, um den viralen Lebenszyklus und die Pathophysiologie als Grundlage für wirksame Behandlungsstrategien zu untersuchen. In-vivo-Modelle, die zur Untersuchung von SARS-CoV2 oder von Virusinfektionen der Atemwege im Allgemeinen verwendet werden, reichen von Kleintiermodellen bis hin zu Modellen mit nichtmenschlichen Primaten (Munoz-Fontela et al., 2020). Neben den ethischen Fragen, die mit Tiermodellen in der wissenschaftlichen Forschung einhergehen, können aber auch nicht alle Fragen, die das menschliche Atemwegsepithel betreffen, mit (kleinen) Tiermodellen untersucht werden. Immortalisierte humane Zelllinien wie Caco-2, Calu-3 oder HEK293T, die regelmäßig zur Untersuchung von Atemwegsviren wie Influenza oder dem Humanen Respiratorischen Synzytialvirus (RSV) und auch von Coronavirus-Infektionen (SARS, MERS) verwendet werden, werden häufig zur Untersuchung der Infektion und Replikation von SARS-CoV2 eingesetzt; doch obwohl diese Zelllinien vergleichsweise einfach und kostengünstig zu züchten sind, bilden sie die physiologischen Bedingungen des Atemwegsepithels nur schlecht ab. Selbst Zelllinien wie die A549-Zellen spiegeln den Phänotyp des Lungenepithels kaum wider. Humane primäre bronchiale Epithelzellen (hBECs) stellen ein physiologischeres In-vitro-Modell dar und werden auch in der SARS-CoV2-Forschung verwendet (Hoffmann et al., 2020). Diese Zellen können aus Spenderlungengewebe isoliert, In-vitro expandiert und in Air-Liquid-Interface (ALI)-Kulturen ausgereift werden (Hoffmann et al., 2020). Während der Schwerpunkt unserer Gruppe auf der skalierbaren Generierung und Nutzung von kardiovaskulären und respiratorischen Derivaten aus induzierten pluripotenten Stammzellen für Krankheitsmodellierung, Wirkstoffscreening und zelluläre Therapien liegt (Merkert et al., 2019; Katsirntaki et al., 2015; Kempf et al., 2014; Schmeckebier et al., 2013; Zweigert et al., 2011), haben wir in jüngster Zeit auch die Isolierung primärer humaner Atemwegszellen von gleichbleibend hoher Qualität etabliert: Die Medizinische Hochschule Hannover ist das führende deutsche Lungentransplantationszentrum mit etwa 100 Lungentransplantationen pro Jahr. In enger Zusammenarbeit mit unseren Transplantationschirurgen und der Gruppe von Prof. Danny Jonigk (Pathologie, MHH) präparieren wir routinemäßig hBECs aus Bronchialgewebe, die in Kultur expandiert und für spätere Anwendungen kryokonserviert werden können. Auch die Reifung dieser hBECs ist in unserer Gruppe bereits gut etabliert, und gereifte proximale Epithelzellen werden bereits an Partner für die Untersuchung von SARS-CoV2 und anderen Virusinfektionen der Atemwege (z. B. RSV) geliefert. Diese primären hBECs sind zwar ein hervorragendes In-vitro-Modell für SARS-CoV2-Infektionsstudien und die Modellierung von COVID-Erkrankungen, sie stellen jedoch nur ein Atemwegskompartiment dar. Eine Infektion durch SARS-CoV2 findet nicht nur im oberen Rachen und Nasentrakt, in der Luftröhre und den Bronchien statt, sondern auch im Alveolarepithel. Daher sind auch organotypische in vitro Modelle, die das distale Lungenkompartiment widerspiegeln, dringend erforderlich. Während die Erhaltung und Vermehrung von isolierten Typ-II-Alveolarepithelzellen (AT2-Zellen) bisher nicht möglich war, wurden in jüngster Zeit wesentliche Fortschritte erzielt und Protokolle entwickelt, die die Herstellung solcher Zellen in größerer Zahl ermöglichen. Sogenannte Alveolosphären, Organoide, die aus alveolären Zellen vom Typ 1 und 2 bestehen, ermöglichen die Expansion und Reifung isolierter distaler Epithelzellen In- vitro und wurden kürzlich zur Modellierung einer SARS-CoV2-Infektion verwendet (Karsura et al., 2020; Salahudeen et al., 2020). Obwohl Organoid-Kulturen die In-vitro-Kultur von AT1- und AT2-Zellen ermöglichen, sind wir der Meinung, dass ALI-Kulturen ein physiologischeres System mit Luftexposition der Epithelzellen darstellen und in der Folge Co-Kultursysteme mit Endothelzellen sowie Makrophagen ermöglichen könnten, um komplexere organotypische In-vitro-Modelle des alveolären Lungenkompartiments zu schaffen. Unter Nutzung unserer Erfahrungen mit der Differenzierung induzierter pluripotenter Stammzellen (Katsirntaki et al., 2015; Schmeckebier et al., 2013) wollen wir die Isolierung, 2D-Expansion und Kryokonservierung humaner AT2-Zellen sowie die weitere Reifung und Differenzierung in Typ-I-Alveolarepithelzellen (AT1) in einem ALI-Kultursystem für die In-vitro-Modellierung von SARS-CoV-2-Infektionen etablieren.

Kooperationspartner:

Prof. Dr. Ulrich Martin, Dr. rer. nat. Ruth Olmer

Leibniz-Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe, Klinik für Herz-, Thorax-, Transplantations- und Gefäßchirurgie - Medizinische Hochschule Hannover

Drittmittelprojekt: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Bonn plus ein Doktorandenstipendium (HGNI, 1 Jahr, je 1300 ?), 75.850 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie

Projektdetails:
CoVid-19 is characterized by infection of the airways by SARS-CoV-2. Apart from the respiratory tract, other organs are also involved, e.g. the intestinal tract. The importance of the intestinal infection is increasingly recognized. In a large proportion of pediatric patients, virus was detected in rectal swabs and virus shedding from the intestine was found even when oral swabs had become negative. Therefore, prolonged virus shedding and fecal-oral transmission have to be considered. This notion is supported by detection of the virus in wastewater.
The aim of this short project is to apply intestinal cell cultures to characterize the infection of differentiated intestinal epithelial cells by SARS-CoV-2 and thereafter intestinal orgranoids.
This in vitro infection approach will target the following aims:
1. Characterization of the replication efficiency of SARS-CoV-2 (virus yield, virus exit, virus entry, apical, basolateral).
2. Localization of the cellular receptor(s) in human intestinal Caco-2 cells
3. Investigation of the trafficking of the cellular receptor(s), determination and subsequent modulation of their mode of interaction with membrane microdomains (lipid rafts, LRs)
4. Effects of glycosylation modulators on the spike glycoprotein and its interaction with intestinal cells
5. Implication of virus infection on the trafficking and function of crucial enzymes of the intestinal physiology (APN, SI, LPH, DPP4).
This project will provide substantial information on the replication of SARS-CoV-2 in intestinal epithelial cells, evaluate its effects on the intestinal function and provide solid hypotheses on the molecular and biochemical basis for the symptoms elicited by SARS-CoV-2 infections. These hypotheses can be then examined at a later stage in intestinal organoids. Further, unravelling the biosynthetic pathway, glycosylation pattern and mode of interaction of the SARS-CoV-2 receptors and its modulation could constitute exquisite targets for potential therapy.

Drittmittelprojekt: Niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur , 3.452 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Biochemie
Research Center for Emerging Infections and Zoonoses
Institut für Virologie

Projektdetails:
Das Ziel war es eine Lehrveranstaltung zu dem Thema "Basistraining zur Anwendung der Fluoreszenzmikroskopie" für Studierende der Biologie und der Veterinärmedizin über das Dokumentationssystem in der TiHo-Moodle-Plattform zu erstellen. Dieses Modul kann für die Studierenden im Selbststudium erarbeitet werden. Es wird unterlegt durch Texte, Videos und fachspezifischen Fragen, die nach Bearbeitung und Sicht der Videos beantwortet werden müssen. Wesentliche Teile der Inhalte werden auch als zusammenfassende Einheiten als OER im Portal Twillo online gestellt und eignen sich insbesondere für Studierende aus naturwissenschaftlichen Studiengängen, Schüler:innen sowie Auszubildende (tier-)medizinischer Berufe.

Kliniken/Institute:
Außenstelle für Epidemiologie (Bakum)
Institut für Biometrie Epidemiologie und Informationsverarbeitung

Projektdetails:
Für die Haltung und das Management von Schweinen werden aktuell diverse Anpassungen hinsichtlich des Tierwohls allgemein, die Kastration,das Kupieren von Schwänzen und die Unterbringung in Kastenständen diskutiert. Landwirte äußern sich zu diesen Themen in einschlägigen Fachforen und Blogs. Um das Fachwisssen der Berufsgruppe der Landwirte zu den genannten Themenbereichen zu erfassen und mit dem aktuellen, evidenzbasierten Wissensstand abzugleichen, werden Internetforen und Blogs nach fachlichen Aussagen durchsucht. Die Analyse anhand von Äußerungen im Internet wird in diesem Projekt dem klassischen Interview vorgezogen, da die Projektverantwortlichen davon ausgehen, dass sich Personen im Internet freier äußern, als in einer Interviewsituation. Das Projekt soll prüfen ob und in wie weit Differenzen zwischen dem aktuellen Stand des Wissens und der im Internet vertretenen fachlichen Auffassung Differenzen bestehen um so Hinweise auf die Notwendigkeit von Fort-/Weiterbildungsmaßnahmen zu bekommen.

Kliniken/Institute:
Außenstelle für Epidemiologie (Bakum)
Institut für Biometrie Epidemiologie und Informationsverarbeitung

Projektdetails:
Die präventive Wirkung eines präbiotischen Ergänzungsfuttermittels auf das Auftreten von Schwanzbeißen bei Schweinen wird untersucht. Situationen, in denen Schwanzbeißen auftritt, werden hinsichtlich der klinischen Ausprägung, der Kolostrumversorgung in der vorangegangenen Lebensphase und der Konzentration von Entzündungs- und Stressparametern in Blut und Speichel in der Aufzuchtphase charakterisiert. Ziel der Studie ist die Abklärung, ob eine verbesserte Darmgesundheit durch Fütterung präbiotische Substanzen eine präventive Wirkung gegenüber Schwanzbeißen besitzt und ob die Summe aller seit der Geburt erfahrenen Gesundheitsbeeinträchtigungen und Stressoren, die sich möglicherweise auch in labordiagnostischen Parametern (Akute-Phase-Proteine, Stressmarker) widerspiegeln, nach Überschreitung einer bisher nicht definierten Schwelle zum Auftreten von Schwanzbeißen führen.

Kooperationspartner:

Jakob Aundrup, Schweinegesundheitsdienst der Landwirtschaftskammer Niedersachsen

Kliniken/Institute:
Außenstelle für Epidemiologie (Bakum)

Projektdetails:
Methodenvergleich für die Typisierung von App

Kooperationspartner:

Henning Lindhaus

Kliniken/Institute:
Außenstelle für Epidemiologie (Bakum)
Institut für Biochemie

Projektdetails:
Die Persistenz von Actinobacillus pleuropneumoniae (App)auf den Tonsillen ist maßgeblich für die Verbreitung des Erregers in der Schweinepopulation verantwortlich. Der mikrobiologisch-kulturelle Nachweis des Erregers aus Tonsillen erweist sich als schwierig, da durch die vielfältige kommensale Besiedelung durch andere Bakterien (z.B. Streptococcus suis) App bei der Anzucht häufig überwuchert wird. Es hat sich herausgestellt, dass der Einsatz von Selektivmedien zu höherer Sensitivität der bakteriologischen Diagnostik führt, aber trotzdem ist die Erfolgsrate im Vergleich zu molekularbiologischen Untersuchungen (PCR) bislang nicht zufriedenstellend.
Zumeist kommt es nach einer Phase der Persistenz von App auf den Tonsillen unter dem Einfluss von Triggerfaktoren zu akuten Ausbrüchen der porzinen Pleuropneumonie. In vitro soll der Einfluss von Stresshormonen, wie Cortisol und Catecholaminen auf das Wachstumsverhalten des Erregers untersucht werden. Möglicherweise können Catecholamine und Cortisol unter in vitro Bedingungen genutzt werden, um das Wachstumsverhalten von A. pleuropneumoniae zu verbessern.

Drittmittelprojekt: Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt, Natur und Digitalisierung, 225.774 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Terrestrische und Aquatische Wildtierforschung (Büsum)

Projektdetails:
Nach ihrer Unterschutzstellung und der darauf folgenden Rekolonisierung des Wattenmeers entwickeln sich die Bestände der heimischen Kegelrobben (Halichoerus grypus) zunehmend positiv. Aus Sicht des Managements bringt die positive Entwicklung der Bestände durchaus auch Herausforderungen mit sich. So besteht ein zunehmender Bedarf an geeignetem Lebensraum, welcher zumeist mit gesteigertem Konfliktpotential einhergeht. Eine besondere Form des Konflikts besteht auf der Helgoländer Düne, der größten Kegelrobbenkolonie in deutschen Gewässern. Durch die räumliche Enge und dem stetigen dichten Kontakt zwischen Mensch und Tier haben sich einzelne Tiere an die Präsenz des Menschen gewöhnt und zeigen nicht mehr den zu erwartenden Fluchtreflex. Dies birgt besonders im Wasser ein erhöhtes Gefährdungspotential für Badegäste.
Die hier durchgeführte Studie hat zum Ziel, spezifische Managementmaßnahmen zur Schaffung eines für Badegäste sicheren Schwimmbereichs zu testen und bei Erfolg in der Praxis zu implementieren. Dafür soll eine noch nicht für diesen Zweck genutzte akustische Methodik basierend auf dem s.g. "startle Reflex", (Auslösung des Schreckreflexes) erprobt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen akustischen Geräten zur unspezifischen Vergrämung von Robben, wird hier ein sehr spezifisches Signal genutzt, welches in der Theorie keine weitreichenden negativen Effekte auf die Ziel sowie auf nicht-ziel Spezies hat. Es soll untersucht werden ob die Nutzung des Systems in diesem speziellen Kontext die gewünschte Effektivität besitzt und nachweislich keine negativen Effekte erzeugt.

Resultate:

Im Rahmen der bereits durchgeführten Projektarbeiten konnten die angestrebten Ziele noch nicht erreicht werden, da unerwartete Probleme bei der Datenerhebung im Feld aufgetreten sind. Unter Berücksichtigung der Wichtigkeit dieses Systems für die Gemeinde Helgoland, sowie auch für die Akzeptanz der Kegelrobben durch die Bewohner und Gäste von Helgoland, wäre es wichtig, diesen begonnenen Versuch abzuschließen. Durch eine angestrebte Projektverlängerung soll eine objektiv auswertbare Datengrundlage geschaffen, mit der das akustische Vergrämungssystem evaluiert werden kann