Kliniknahe Therapiestudien

Anästhesie

Grundlage für anspruchsvolle Untersuchungen stellt eine angepasste und sensitive Narkoseführung dar. In unserer Arbeitsgruppe sind verschiedenste Techniken zur Lokal- und Allgemeinanästhesie für Kurz- und Langzeitnarkosen etabliert. Neben Inhalationsnarkosen werden auch Perfusionsanästhesien (im MRT) eingesetzt. Dafür stehen uns humanmedizinische Standardgeräte (Primus und Titus A, Dräger), ein MRT-kompatibles Inhalationssystem (Servo 900D, Siemens) sowie hochpräzise Perfusionspumpen (Perfusor® compact S, Braun Melsungen AG) zur Verfügung. Darüber hinaus werden die Tiere durch ein weitreichendes prä-, intra- und postoperatives Monitoring überwacht.

Bildgebende Untersuchung mit klinischen Scannern und deren Auswertung

3D-Rekonstruktion von Haut und Knochen eines Schafkopfs basierend auf einem CT-Datensatz
© Fraunhofer IZI

3D-Rekonstruktion von Haut und Knochen eines Schafkopfs basierend auf einem CT-Datensatz.

Zusammen mit unseren Partnern an der Universität Leipzig und der Arbeitsgruppe Experimentelle Bildgebung sind modernste Bildgebungstechniken für das Großtiermodell Schaf etabliert. Durch anatomische (Computertomographie (CT)) und anatomisch-funktionelle (Magnetresonanz-Tomographie (MRT)) Untersuchungen an der Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Abteilung Neuroradiologie (Prof. K.-T. Hoffmann) sind Veränderungen nach Schlaganfall spezifisch feststellbar. Darüber hinaus können Stoffwechselvorgänge mittels Positron-Emission-Tomographie an der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin (Prof. H. Barthel) visualisiert werden. Verschiedenste quantifizierende Auswerteroutinen erlauben eine exakte Beurteilung der Veränderungen.

DNA-RNA-Isolierung

RNA und DNA können aus allen kernhaltigen Zellen isoliert und aufbereitet werden. Hierbei stehen verschiedenste Isolationsmethoden zur Verfügung, welche beliebig an die verschiedensten Fragestellungen angepasst werden können. Anschließend werden die aufbereiteten Nukleinsäuren für Genexpressionsanalysen verwendet.

Experimentelle zerebrale Ischämie

Chirurgisch induzierter Schlaganfall in Schaf
© Fraunhofer IZI

Chirurgisch induzierter Schlaganfall in Schaf.

Für die Entwicklung neuer Therapieansätze und die Erforschung pathophysiologischer Prozesse sind geeignete Krankheitsmodelle notwendig. Die Arbeitsgruppe verfügt, durch die Okklusion der mittleren zerebralen Arterien (MCAO), über ein permanentes, transkranielles Modell im Schaf, um eine zerebrale Ischämie zu simulieren. Je nach Lokalisation des Verschlusses (1-Ast, 2-Ast, totale MCAO) führt die Unterbrechung der Blutversorgung zu einem geringgradig bis mittelgradig, lokal begrenzten Schlaganfall.

Exzitotoxizitätsbestimmungen und Viabilitätstests

Die Auswirkungen von Substanzen in zellulären Testsystemen werden mittels Vitalitäts- und Toxizitätsassays (LDH-, MTT-Assay) evaluiert. Die Messparameter der photometrischen Tests dienen als Read-out System, um den Grundzustand der Zellen abzubilden.

Histologische und immunhistochemische Färbungen

Immunhistochemische Färbung von Astrozyten (grün) und Zellkernen (blau) im Schafgehirn
© Fraunhofer IZI

Immunhistochemische Färbung von Astrozyten (grün) und Zellkernen (blau) im Schafgehirn.

Die Arbeitsgruppe weist langjährige Erfahrungen mit Gefrier- und Paraffinschnitten auf. Auf verschiedenen Geweben kann die gesamte Bandbreite histologischer und immunhistochemischer Färbungen durchgeführt werden.

Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie

Die qualitative und quantitative Analyse von fluoreszenzgefärbten Proben mit einem konfokalen Mikroskop (Zeiss LSM710) wird durch Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Experimentelle Bildgebung gewährleistet. Diese Mikroskoptechnologie erlaubt die überlappungsfreie Aufnahme von spezifischen Signalen in Geweben oder Zellkulturen. Für die Nachbearbeitung und 3D-Bildanalyse wird die Bildakquise durch das komplexe Softwarepaket Imaris ergänzt.

Kultivierung, Differenzierung und Charakterisierung von multipotenten Zellpopulationen und Progenitorzellen für zelltherapeutische Anwendungen

Zur Evaluierung der zelltherapeutischen Anwendbarkeit von multipotenten Zellpopulationen und Progenitorzellen werden Proliferations- und Differenzierungsprotokolle standardmäßig auf verschiedene Zellsysteme angepasst und durchgeführt. Derzeit werden verschiedene Proliferationsassays ebenso durchgeführt wie die Differenzierung neuraler Progenitoren zu Neuronen und Glia.

Molekularbiologische Analyse

Der zu untersuchende Abschnitt der DNA kann mittels Polymerasekettenreaktion (PCR) vervielfältigt und analysiert werden. In verschiedenen Geweben oder zellulären Testsystemen können so genetische oder krankheitsbedingte Veränderungen ebenso wie Reaktionen auf Einflussfaktoren entschlüsselt und dargestellt werden.

Potenzielle Wirkmechanismen einer zellbasierten Therapie werden z.B. durch die Erstellung von Transkriptions- (qRT-PCR) sowie Proteinexpressionprofilen (SDS-Page / Western Blot) analysiert.

Neurochirurgische Operationen und Monitoring

Die chirurgischen Eingriffe erfolgen unter sterilen Kautelen
© Fraunhofer IZI

Die chirurgischen Eingriffe erfolgen unter sterilen Kautelen.

Für die Untersuchung therapeutischer Effekte im Großtier etablierten wir ein transkranielles MCAO-Modell im Schaf. Durch die sensitiven Operationstechniken sind Langzeituntersuchungen über mehrere Wochen möglich. Darüber hinaus werden verschiedene neurochirugische Operationstechniken beherrscht. Die Arbeitsgruppe verfügt über ein weitreichendes Instrumentarium für Neuro- und Weichteilchirurgie inklusive chirurgischem Bohrsystem (microspeed® uni, Aesculap) und Elektrochirurgie (KLS Martin). Zusätzlich erfolgt eine permanente  Überwachung der Körperfunktionen (EKG, Sauerstoffsättigung, expiratorisches CO2, Körpertemperatur, arterieller Blutdruck (invasiv oder nicht-invasiv) sowie punktuelle Kontrolle der arteriellen Blutgase).

Proteinbiochemische Nachweisverfahren

Die weitere Untersuchung von post-ischämischen Regulationsmechanismen wird mittels Immunfluoreszenzfärbungen und FACS-Analysen realisiert. Außerdem kommen Proteincharakterisierungen durch Immunpräzipitation und Westernblot zum Einsatz. Diese Methoden ermöglichen quantitative und qualitative Zell- und Proteinanalysen mit Hilfe spezifischer Antikörper.

Verhaltensphysiologische Untersuchungen

Die Überprüfung des Therapieerfolgs in einem Schlaganfallmodel ist unter anderem auf die Quantifizierung funktioneller Defizite angewiesen. Hierzu wurde in der Arbeitsgruppe ein sensomotorischer Verhaltenstest für Schafe entwickelt. Dieser ist an den neurologischen Untersuchungsgang von Hunden angelehnt. Die Veränderungen werden per Video dokumentiert und verblindet ausgewertet.

Stereotaktische Eingriffe im Großtier

Präoperative Planung der stereotaktischen Zugänge am Computer
© Fraunhofer IZI

Präoperative Planung der stereotaktischen Zugänge am Computer.

Lokale, minimal-invasive Eingriffe mit geringster Beeinträchtigung des Gehirns basieren auf modernsten Bildgebungstechniken mit Computertomographie oder Magnetresonanz-Tomographie. Ein spezielles stereotaktisches System (Brainsight®) für Großtiere erlaubt die präzise und sichere Neuronavigation vergleichbar denen im Menschen.