Forschungsprojekte
Laufende Forschungsprojekte
Untersuchung zur Bedeutung von Connexin 43 und Stammzellen-abgeleiteter Exosomen bei der Regeneration des osteoarthrotischen Knorpels
The role of Cx43 and stem cell derived exosomes for the regeneration of cartilage lesioned due to osteoarthritic processes
DFG- Projekt gemeinsam mit Prof. Dr. Dr. Stefan Arnhold
Laufzeit 36 Monate
Damaged joint cartilage which occurs in the course of ostoarthritis is one of the main causes for lameness in horses. Etiology and pathogenesis of ostoarthritis are still not clarified and up to now reliable therapeutic options for the treatment of osteoarthritis, which also includes the subchondral bone, are not available. However, the therapeutic use of mesenchymal stem cells (MSC) becomes increasingly important in human and veterinary medicine as according to currently available information MSCs do not necessarily need to differentiate in situ into chondrocytes to replace OA induced cartilage defects. Moreover, it is generally assumed that therapeutic effects of MSC are based on exosomes which are released into the extracellular space by MSC. Exosomes can be harvested from MSC cell culture supernatants by ultrafiltration as has been shown in previous studies. They can be characterized by the expression of surface markers such as CD9, CD63 and CD83. It is well known that micro RNAs as exosome cargo may modulate the equilibrium between cell proliferation and cell differentiation within the stem cell niche in vivo. Additionally, according to the present knowledge, connexin 43 of exosomes and chondrocytes play an instrumental role in the maintenance of tissue homeostasis within the microenvironment of healthy joint cartilage. Hence, the aim of the anticipated project is to investigate the protective effects of exosomes, which are harvested from the supernatant of equine cultivated adipose tissue derived MSC in an in vitro osteoarthritis model using lesioned equine chondrocytes. The main focus of this investigation will be to substantiate the working hypothesis, namely that different expression patterns of Cx43 and various cultivation conditions of MSC including their exosomes will induce different therapeutic effects in the OA model. Furthermore, we will examine whether upregulation of Cx43 induced in the course of OA might be counteracted by the exosome cargo. The therapeutic potency of exosomes shall be analyzed by the characterization of included therapeutic substances such as miRNA, proteins, cytokines and growth factors. Elaborated data of this project have the potency to establish basic principles for a useful stem cell-based but cell-free OA-therapy in veterinary and human medicine.
Swine Inflammation and Necrosis Syndroms (SINS)
In Kooperation mit Prof. Dr. Dr. habil. Gerald Reiner, Justus-Liebig-Universität Gießen, Klinikum Veterinärmedizin, Klinik für Schweine
gefördert vom Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW
Wie vorangegangene Studien gezeigt haben (Prof. Dr. Dr. habil. Gerald Reiner, Justus-Liebig-Universität Gießen, Klinikum Veterinärmedizin, Klinik für Schweine) beginnt das Syndrom stets mit Ausfall der Borsten, gefolgt von Schwellung und Rötung, bis hin zu Exsudation und Nekrose. Betroffen sind häufig Schwanzbasis, später die Schwanzspitze oder der gesamte Schwanz, Ohrgrund und Ohrspitzen, Ballen, Sohlen und Kronsaum. Diese regionale Verteilung spiegelt dabei teilweise zusätzliche Belastungen durch die Umwelt wider. Obwohl Kronsaum- und Ballenentzündungen bei Neugeborenen direkt nach der Geburt und bei Ferkeln auf Stroh beobachtet werden, nimmt deren Prävalenz auf fehlerhaften Böden zu. Die Ohren sind insbesondere dann höhergradig betroffen, wenn die Thermoregulation der Tiere nicht oder nur unzureichend möglich ist. So kann dann auch das Gesamtbild des Syndroms zwischen den Betrieben variieren. Studien an über 4000 Saugferkeln zeigen, dass ohne jedes Zutun anderer Ferkel fast 100 % der Würfe betroffen sein können. Das gleichzeitige Auftreten von Veränderungen an der Schwanzbasis und den Klauen (Kronsaum und Ballen) in der ersten Lebenswoche, mit einer Korrelation von r = 0,5 und die stetige Verbesserung bis zum 16. Lebenstag sprechen für die gemeinsame Ätiologie des Syndroms und gegen Technopathien als alleinige Auslöser. Eine Studie an über 20.000 Schweinen, bei denen Entzündung und Nekrose von Schwanzbeißen differenziert wurde, zeigt im Vergleich von vier Sauenherkünften herausragende genetische Effekte und bestätigt die Diversität von Schwanz-/Ohrnekrosen und Schwanzbeißen.
Im Rahmen der aktuellen Untersuchungen sollen die Auswirkungen des Entzündungs- und Nekrosesyndroms im Bereich der Klauen und der äußeren Ohren neugeborener Ferkel mit Hilfe pathologisch-histologischer und immunhistochemischer Untersuchungen überprüft werden, um auf Grundlage dieser Erkenntnisse geeignete Gegenmaßnahmen ableiten zu können, als Basis zur nachhaltigen Umsetzung des Kupierverbots, zur Bekämpfung von Schwanzbeißen uns Schwanznekrosen und somit insgesamt zur Verbesserung des Tierwohls beim Schwein.
Abgeschlossene Projekte
SFB Transregio 79
Werkstoffe für die Geweberegeneration im systemisch erkrankten Knochen
Der modernen Unfallchirurgie und Orthopädie stehen zwar eine Vielzahl an Knochenersatzmaterialien wie auch dauerhaften Implantaten zu Verfügung; diese sind jedoch nicht an die spezifischen Bedingungen von systemischen Krankheitsbildern angepasst, die generell zu einer deutlichen Verschlechterung der Knochenfraktur- und -defektheilung führen. Aufgabe des Forschungsverbundes ist es deshalb, neuartige Lösungen für solche Formen von Knochendefekten zu entwickeln und in geeigneten Zellkultur- und Tiermodellen zu untersuchen. Am Ende des auf insgesamt zwölf Jahre angelegten Vorhabens sollen die Ergebnisse dann in die klinische Anwendung übertragen werden.
Der Schwerpunkt der Arbeiten am Standort Gießen liegt in der Entwicklung geeigneter Tiermodelle und dem Test der am Standort Dresden neu zu entwickelnden Biomaterialien. In Heidelberg steht die Erkrankung des Multiplen Myeloms als exemplarisches malignes Krankheitsbild im Mittelpunkt. An der JLU sind die Fachbereiche Human- (Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie, Labor für experimentelle Unfallchirurgie, Zentrum für Radiologie) und Veterinärmedizin (Klinik für Kleintiere c/o Institut für Veterinär-Anatomie, -Histologie und -Embryologie), die ausgewiesene Leistungen auf den Gebieten der Biokompatibilitätsprüfung von Werkstoffen in der Zellkultur und mittels tierexperimenteller Modelle aufweisen, sowie das Physikalisch-Chemische Institut (Fachbereich 08 – Biologie und Chemie) an der Transregio-Initiative beteiligt.
Weiterführende Informationen erhalten Sie auf der Transregio eigenen Homepage unter folgendem link: www.uni-giessen.de/cms/trr79
Laufzeit 1. Förderperiode: 2010 - 2014
Laufzeit 2. Förderperiode: 2014 - 2019
Sprecher : Prof. Dr. Christian Heiß, Klinik für Unfallchirurgie, Rudolf-Buchheim-Straße 7, D-35385 Gießen, E-Mail: Prof. Dr. C. Heiss
Standortsprecher Gießen : Prof. Dr. S. Wenisch, Klinik für Kleintiere c/o Institut für Veterinär-Anatomie, -Histologie und -Embryologie der Justus-Liebig-Universität Gießen, Frankfurter Straße 98, D-35392 Gießen, E-Mail: Prof. Dr. S. Wenisch , Tel.: +49(0)641 38111
Standortsprecher Dresden : Prof. Dr. rer. nat. Michael Gelinsky, Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk- und Weichgewebeforschung, Fetscherstrasse 74, D-01307 Dresden, E-Mail: Prof. Dr. M. Gelinsky , Tel.: +49(0)351 4586694
Standortsprecher Heidelberg : Prof. Dr. Hartmut Goldschmidt, Medizinische Klinik V, Im Neuenheimer Feld 410, D-69120 Heidelberg, E-Mail: Prof. Dr. H. Goldschmidt , Tel.: +49(0)6221 568003
DFG Einzelprojekte
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Entwicklung und Charakterisierung offenporiger metallischer Implantatstrukturen mit biologischer Reaktionsschicht (als Mitantragstellerin)
Laufzeit: 2007 - 2012
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Morphofunktionelle und biomechanische Bewertung des Heilungsverlaufs an Sehnenläsionen von Pferden unter Anwendung einer Stammzellentherapie (als Mitantragstellerin)
Laufzeit: 2010 - 2015
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Monitoring der Osteoklastenbildung und - aktivität auf verschiedenen Scaffolds für den Knochenersatz mttels Mikroskopie (Kooperationspartnerin)
Laufzeit: 2015 - 2019
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand
„Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) – Projektform FuE-Kooperationsprojekte
"Entwicklung eines neuartigen Zellkultur-basierten Verfahrens für die qualitative und quantitative zellbiologische Erfassung und Charakterisierung von Faktoren der Knochenzell-Differenzierung und -Reifung sowie Etablierung von in vitro und ex vivo Nachweisverfahren zum differentiellen Nachweis entzündungsrelevanter Zellen und Strukturelemente im Hinblick auf Material-abhängig induzierte osteoinduktive, osteokonduktive und inflammatorische Eigenschaften von KEMs"
(Projekttitel)
"Methodenentwicklung zum Nachweis der Wirkungsmechanismen und Biokompatibilität von KEMs"
(Kurztitel)
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZlM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMW|) - FuE-Kooperationsprojekte
Laufzeit: 01.10.2017 – 30.09.2019
Es wurden ein Migrationsassay zur Festellung der Migrationskapazität und Integrinexpression von mesenchymalen Stromazellen (MSCs) der Ratte in Gegenwart von Knochenersatzmaterialien (KEMs) sowie ein Kokultursystem auf Kompartimentbasis etabliert, das es ermöglicht MSCs und osteoklastäre Zellen in Gegenwart von KEMs in getrennten Kompartimenten zu kokultivieren, die den Austausch löslicher Faktoren zulassen. Die Zellpopulationen können so getrennt voneinander geerntet und für weiterführende morphologische, proteinchemische und molekularbiologische Analysen verwendet werden.
lm Projekt wurden mittels qrt-PCR Einflüsse von Magnesium- und Strontium-basierten KEMs und KEM-Komponenten auf osteogene und osteoklastäre Differenzierungskapazitäten sowie auf MSCs-basierte Pannexin-Muster untersucht.
Auf Grundlage der In vitro Untersuchungen wurden ausgewählte KEMs in Schädel-Defekte von Ratten implantiert. Nach Standzeiten von 10, 30 und 90 Tagen wurden die Proben explantiert und immunhistochemisch hinsichtlich der M1- und M2-vermittelten Wirtsantwort untersucht.
im Rahmen des Förderprogramms