Weißbüschelaffen sind häufig verwendete Tiermodelle in der Forschung. Jedoch gibt es zu wenige Untersuchungen zu ihrem Knochenaufbau und Knochenstoffwechsel, um sie auch als Modell auf dem Gebiet der Knochenkrankheiten einsetzen zu können. Somit war es das Ziel dieser Studie, Richtwerte der Knochendichte von Weißbüschelaffen aufzustellen, diese mit denen des Menschen und anderer nichtmenschlicher Primaten zu vergleichen, sowie bestimmte Einflussfaktoren, wie Gewicht, Alter oder hormonelle Umstellungen auf die Knochendichte abzuklären. Desweiteren sollte mittels einer histologischen Darstellung der Knochen, sowie mittels immunhistologischen Nachweisen verschiedener knochenspezifischer Antigene, Gemeinsamkeiten oder Unterschiede zum Menschen im Hinblick auf Veränderungen im Knochen aufgedeckt werden. Abschließend stellte sich dann noch die Frage, ob ein therapeutisches Eingreifen bei niedriger messbarer Knochendichte möglich ist, um die Lebenssituation wieder zu verbessern. Hierzu wurde von 58 C.j. mit Hilfe des Aloka®-CT knochenspezifische Parameter im Bereich des vierten Lendenwirbels (L4) gemessen. Zusätzlich wurde Ca, Pi, AP und Östrogen im Blut bestimmt. Knochenschnitte von L4, Femurkopf/Femurhals und Femurschaft von fünf euthanasierten C.j. (4 männliche, 1 weibliches) wurden histologisch, sowie immunhistologisch (Bestimmung von OPN, OC, RUNX 2, Kollagen Typ 1, Kollagen Typ 5) untersucht. Abschließend wurde bei 2 Tieren eine Therapie mittels Zufütterung von Ca und Vitamin D durchgeführt. Trotz Unterschieden in der Höhe des BMD zum Menschen, konnten Gemeinsamkeiten bei der Reaktion auf Gewichtsveränderungen und Alter festgestellt werden. Eine Zunahme des Gewichts führte zu einer signifikanten Zunahme des BMD. Männliche Weißbüschelaffen zeigten einen Anstieg des BMD bis zu einem Alter von 96 Monaten, was bei Menschen Knochenmassepeak genannt wird, und danach einen signifikanten Abfall. Das bedeutet, dass die Knochen im Alter, genau wie beim Menschen, eine größere Frakturneigung zeigen, als bei jungen Tieren. Desweiteren zeigten Tiere mit einem hohen BMD eine signifikant niedrigere AP, als Tiere mit einem niedrigen BMD. Somit konnte dargestellt werden, dass die AP auch beim C.j. einen Marker für die Osteopenie darstellt. Dies ist ebenfalls eine Gemeinsamkeit mit dem Menschen. Immunhistologisch konnten die Knochenformationsmarker OPN, OC und RUNX 2 nur in den stabilen, bruchfesten Knochen nachgewiesen werden. Kollagen Typ I und V wurden in allen Knochen detektiert. Eine Therapie mittels Ca und Vitamin D bei Tieren mit einem pathologisch niedrigem BMD und klinischen Symptomen, zeigte einen deutlichen Anstieg der Knochendichte nach einem halben Jahr, sowie ein Verschwinden der klinischen Symptome. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass der Weißbüschelaffe trotz unterschiedlicher Knochendichtewerte, ein sehr gutes Tiermodell darstellt zur Untersuchung von Erkrankungen, die sich im Knochen manifestieren (z.B. Osteoporose, Ostemalazie).

Endometriose (EM) ist eine häufige gynäkologische Erkrankung, die bei betroffenen Frauen unter anderem mit chronischen Unterleibsschmerzen und Unfruchtbarkeit einhergeht (VALLE 2002). Bisher war es bei den zur Forschung verwendeten Modelltieren für EM (z.B. Rhesusaffe, ZONDERVAN et al. 2004; Weißbüschelaffe, EINSPANIER et al. 2006) nicht möglich festzustellen, ob bei ihnen schmerzhafte Beeinträchtigungen durch die Erkrankung bestehen. Um die Auswirkungen neuer Therapeutika auf das Wohlbefinden der Patientinnen bewerten zu können, werden Methoden benötigt, mit denen EM bedingte Beeinträchtigungen der Modelltiere dargestellt werden können. Daher war es das Ziel dieser Studie, bei einem Primatenmodell für EM, dem Weißbüschelaffen, neue nicht invasive Testsysteme zu etablieren, die zur Darstellung von EM bedingten Schmerzen und Beeinträchtigungen geeignet sind. Unter der Annahme, dass schmerzhafte Erkrankungen das Verhalten (WALLACE et al. 1990), die Beweglichkeit (FLECKNELL 1986) sowie die kognitiven Fähigkeiten (SMITH et al. 2006) der betroffenen Tiere beeinträchtigen können, wurden drei nicht invasive Testsysteme auf ihre Eignung untersucht, Schmerzen bei an EM erkrankten Weißbüschelaffen im Vergleich zu Kontrolltieren darzustellen. Zur Untersuchung des Verhaltens wurde die Videoüberwachung, für die motorischen Fähigkeiten der Futterbaum (modifiziert nach ROBERTS et al. 1993) und für die kognitiven Fähigkeiten der Wisconsin General Test Apparatus (WGTA, HARLOW 1949) sowie der Futterbaum verwendet. Im ersten Abschnitt dieser Studie wurde das Normalverhalten von neun Weißbüschelaffenpaaren per Videokamera über den gesamten Tagesverlauf von zwölf Stunden aufgezeichnet und unter anderem in Bezug auf Aktivität, soziale und eigene Körperpflege sowie Futter- und Wasseraufnahme analysiert. Der Verlauf der Tagesaktivität zeigte drei Maxima zwischen 7:00 und 8:00 Uhr, 11:00 und 12:00 Uhr sowie 14:00 und 15:00 Uhr, dabei war die ansteigende Aktivität als Futtersuchverhalten vor den Mahlzeiten zu werten. Das im ersten Abschnitt der Studie dargestellte Aktivitätsmuster wurde im zweiten Abschnitt verwendet, um die Versuche mit WGTA und Futterbaum besser in den Tagesverlauf der Tiere einzuordnen und darüber ihre Kooperativität zu steigern. Die Tiere führten die Tests immer zur gleichen Tageszeit durch, deshalb wurde somit eine optimale Vergleichbarkeit und Homogenität der Ergebnisse gewährleistet. Bei der Auswertung der Videodokumentation im zweiten Abschnitt dieser Studie zeigte sich, dass erkrankte Weibchen ihren Partner im Gegensatz zu den Kontrolltieren gar nicht pflegen (p=0,029) und die Aktivität der erkrankten Weibchen zwar deutlich, aber nicht signifikant (p=0,057) verringert war. Diese verringerte Aktivität ist möglicherweise ein Hinweis auf Schmerzen der an EM erkrankten Weibchen, während die nicht vorhandene soziale Körperpflege den partnerschaftlichen Problemen betroffener Frauen entsprechen könnte. In den ersten beiden kognitiven Tests mit dem WGTA führten die erkrankten Weibchen signifikant weniger Versuche pro Tag durch als die Kontrolltiere (p=0,006/ p=0,008). Darüber hinaus benötigten die erkrankten Tiere signifikant mehr Versuche, um den ersten Test zu verstehen (p=0,008). Diese Unterschiede zu den Kontrolltieren ließen sich in den folgenden drei Versuchsabschnitten nicht mehr nachweisen. Daraus lässt sich ableiten, dass die Weibchen mit EM sich schlecht auf neue Anforderungen einstellen und sich weniger lange auf eine gestellte Aufgabe konzentrieren können. Nach der International Primatological Society (MC CANN et al. 2007) kann eine verminderte Fähigkeit, sich auf neue Situationen einzustellen, als Anzeichen für Beeinträchtigungen gewertet werden. Bei der Auswertung der Futterbaum Testreihen, in denen sowohl kognitive als auch motorische Fähigkeiten der Tiere mit einer Art „Kletterbaum“ überprüft wurden, ergaben sich demgegenüber keine signifikanten Unterschiede zwischen der EM-Gruppe und den Kontrolltieren. Zusammenfassend eignen sich die Videodokumentation und der WGTA zur Darstellung von Beeinträchtigungen bei an EM erkrankten Weißbüschelaffen. Die beiden Testsysteme können in folgenden pharmakologischen Studien verwendet werden, um erstmals die Auswirkungen neuer Therapeutika auf das Wohlbefinden der Modelltiere zu bewerten. Zusätzlich ermöglichen die Ergebnisse dieser Studie ein Refinement (RUSSELL und BURCH 1959), da die bisher verwendeten invasiven Methoden (Laparoskopie, Laparotomie) zur Bewertung des Verhaltens der EM Läsionen unter einer Therapie ergänzt und sogar ersetzt werden könnten. / Endometriosis (EM) is a common gynecological disease, which is known to cause chronic pelvic pain and infertility in women (VALLE 2002). Up to now, it was not possible to assess, whether the animal models for research (e.g. rhesus macaque, ZONDERVAN et al. 2004; common marmoset, EINSPANIER et al. 2006) suffer from pain or impairments due to the disease. Therefore, new test systems are needed to obtain pain and discomfort in animal models for EM to enable the validation of new therapeutic agents with a view to the patients well being. It was the aim of this study, to establish new non invasive test systems to investigate signs of discomfort in an animal model for EM, the marmoset monkey. Assuming that painful diseases can influence the behaviour (WALLACE et al. 1990), the mobility (FLECKNELL 1986) and the cognitive abilities (SMITH et al. 2006) of animals, three non invasive test systems were reviewed for their ability to detect EM associated pain in common marmosets. They were based on behaviour (videotaping), mobility and exploratory behaviour (food tree, modified after ROBERTS et al. 1993) and cognitive abilities (Wisconsin General Test Apparatus (HARLOW 1949) and food tree). In the first part of this study, the daily activity patterns, allo- and autogrooming as well as water and food intake of nine common marmoset couples were monitored over a 12-hour light phase by video recording. The animals showed a trimodal course of activity per day with maxima from 7:00-8:00h, 11:00-12:00h and 15:00-16:00h. These activity maxima represented foraging behaviour, as they were followed by frequent food intake phases. The knowledge of the daily activity patterns allowed to optimize the experimental conditions for the tasks with the food tree and the Wisconsin General Test Apparatus (WGTA; HARLOW 1949) in the second part of this study. As every animal solved the tasks at the same time of day, the comparability and homogeneity of the results were optimized. By analysing the video documentation in the second part of this study, the females with EM, in contrast to the control females, did not show any social grooming behaviour (p=0.029). Furthermore, their activity level was almost significantly decreased (p=0.057). This reduced activity could indicate towards pain in the diseased females, while the lack of social grooming is similar to partnership problems in diseased women. The WGTA tasks revealed, that the females with EM performed significantly less trials per day in the first two settings (p=0.006/ p=0.008) and needed more trials to solve the first setting than the control animals (p=0.008). Those differences between diseased females and control animals were not detectable in the following three settings of the WGTA tasks. These results demonstrate, that EM affected marmosets have difficulties to concentrate on cognitive tasks and to cope with new situations. According to the International Primatological Society (MC CANN et al. 2007), these difficulties to cope with new situations can be interpreted as signs of distress. The food tree, a kind of jungle gym, was used to assess the animals` cognitive abilities as well as their mobility, but there were no significant differences between the EM diseased females and the control animals. In conclusion, the videotaping and the WGTA are suitable methods to demonstrate signs for impairments due to EM in marmoset monkeys. In following pharmacological studies, both test systems will allow to evaluate the benefit of new therapeutic agents on the animal model`s well being. In addition, the results of this study can help to refine procedures by replacing invasive methods like laparotomy according to the Refinement of RUSSELL and BURCH (1959).

Endometriose (EM) ist eine gynäkologische Erkrankung, gekennzeichnet durch chronische Unterbauchschmerzen (Dyspareunie, Dysmenorrhoe) und gilt unbehandelt als einer der Hauptgründe für Infertilität (OLDER 1984). Sie tritt spontan beim Menschen sowie bei höheren nichtmenschlichen Primaten auf und ist bis heute nicht zufriedenstellend therapierbar. Ein geeignetes Tiermodell zur Untersuchung dieser humanrelevanten Erkrankung ist der Weißbüschelaffe (EINSPANIER et al. 2006), welcher auch zur Erforschung neuer Therapieansätze genutzt wird. Bisher erfolgten Therapiestudien im Tiermodell hauptsächlich unter Berücksichtigung von Anzahl und Größe der Endometrioseherde. Diese Angaben geben jedoch keinen Aufschluss über die Schmerzhaftigkeit (BECKER et al. 2004). Eine Beurteilung des Wohlbefindens der Versuchstiere und der therapeutischen Beeinflussung des Schmerzes durch den untersuchten Wirkstoff ist so nicht möglich. Aus diesem Grund sollten in der vorliegenden Arbeit Verhalten und kognitive Fähigkeiten von an EM erkrankten Weißbüschelaffen als Indikator für Beeinträchtigungen, im Rahmen einer EM-Therapie, evaluiert werden. Dazu wurden in einer Basisstudie zunächst nicht invasive Testsysteme zur Beurteilung dieser Parameter etabliert und Unterschiede zwischen erkrankten und gesunden Affen untersucht (ARNOLD et al. 2011; LAMP 2010). Nachfolgend wurden erkrankte Tiere therapiert und mithilfe der zuvor etablierten Systeme erneut mit gesunden und unbehandelten erkrankten Tieren verglichen (ARNOLD und EINSPANIER 2013). Der Wisconsin General Test Apparatus (WGTA, HARLOW 1949) wurde zur Beurteilung kognitiver Leistungen genutzt. Der Futterbaum (modifiziert nach ROBERTS et al. 1993) kam zur Bewertung von Mobilität und räumlichem Erinnerungsvermögen zum Einsatz. Das Verhalten der Tiere konnte mittels versteckter Videoaufzeichnung untersucht werden. Während die Basisstudie zunächst deutliche Reduktionen der sozialen Körperpflege und der Aktivität der erkrankten Tiere im Vergleich zu gesunden Affen hervorbrachte, ergaben sich durch verfeinerte Auswertungsverfahren im Therapieversuch weitere bedeutende Unterschiede im Verhalten unbehandelter erkrankter Affen verglichen mit gesunden und behandelten Artgenossen. Die erkrankten Weibchen übten wiederholt keinerlei soziale Körperpflege gegenüber ihren männlichen Partnertieren aus, zeigten signifikant weniger Komfortverhalten in Form von Aufsuchen der Hängematten und pflegten auch ihr eigenes Fell signifikant weniger als die behandelten Tiere. Weiterhin war die Aktivität der erkrankten Affen noch immer reduziert und sie verbrachten tendenziell mehr Zeit zurückgezogen in ihren Schlafboxen. Die Tiere der Behandlungsgruppe hingegen erreichten in all diesen Parametern ähnliche Werte wie die gesunden Weibchen, was einen positiven Einfluss der Medikation auf das Wohlbefinden der behandelten Affen vermuten lässt. Lediglich das Aufsuchen der Rotlichtquellen war bei den Tieren beider EM-Gruppen reduziert im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe und erwies sich damit als ungeeignet zur Beurteilung eines therapeutischen Einflusses auf das Wohlbefinden der Tiere. Im Gegensatz zu den Verhaltensbeobachtungen, zeigten WGTA und Futterbaum im Therapieversuch keinerlei signifikante Unterschiede zwischen beiden EM-Gruppen und der gesunden Kontrollgruppe auf. Wohingegen in der vorherigen Basisstudie beobachtet wurde, dass erkrankte Weibchen in den ersten Versuchsabschnitten mit dem WGTA signifikant weniger Versuche durchführten und signifikant länger brauchten, um den Versuch zu verstehen als gesunde Weibchen. Diese Schwierigkeit, sich auf neue Aufgaben einzustellen, kann als Anzeichen von Beeinträchtigung angesehen werden (MCCANN et al. 2007). Aufgrund der bereits bekannten Aufgabenstellung im Therapieversuch, erscheint ein Gewöhnungseffekt wahrscheinlich und sollte beim künftigen Einsatz des WGTA vermieden werden. Zusammenfassend ist die Videodokumentation zum Einsatz in Therapiestudien zur Darstellung von Verhaltensänderungen bei Weißbüschelaffen geeignet und zu empfehlen. Gerade bei therapeutischen Studien chronisch schmerzhafter Erkrankungen, sollte die Beurteilung des Verhaltens als Indikator für Beeinträchtigungen vermehrt eingesetzt werden und trägt zum Refinement (RUSSELL und BURCH 1959) der Versuche bei.

Wie für viele andere Zivilisationskrankheiten werden auch für Atherosklerose und dadurch verursachte Erkrankungen wie Herzinfarkt oder Schlaganfall die Weichen mitunter schon vor der Geburt gestellt. Pränatale oder fetale Programmierung heißt der Mechanismus, durch den negative Umweltbedingungen während der Schwangerschaft, allen voran der Einfluss von Stresshormonen, auf die Entwicklung des Fetus wirken und die Prädisposition für spätere Erkrankungen schaffen können (SCHWAB 2009, SECKL 2001). Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen von Stress während der Schwangerschaft auf den Fettstoffwechsel der Nachkommen unter besonderer Berücksichtigung bekannter Herz-Kreislauf-Risikofaktoren zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde 28 Weißbüschelaffen (F0) während der Trächtigkeit eine Woche lang täglich Dexamethason (DEX) – ein synthetisches Glucocorticoid (GC), welches die Plazentaschranke passieren kann (TEGETHOFF et al. 2009) – oral verabreicht (BEINDORFF et al. 2006, EINSPANIER et al. 2006c). Die drei weiblichen Folgegenerationen DEX F1 (n = 5), DEX F2 (n = 6) und DEX F3 (n = 3) dieser Tiere wurden untersucht, wobei sich die Medikamentengabe auf die F0-Generation beschränkte und alle weiteren Trächtigkeiten ungestört verliefen. Im Alter von 3,3 bis 5,6 Jahren (DEX F1) bzw. von Geburt an bis 1,5 Jahre (DEX F2, DEX F3) wurden die Tiere wöchentlich gewogen. In Blutproben wurden einerseits Fettsäuren (FS), andererseits Cholesterol (CHOL), Triglyceride (TG) und Lipoproteine gemessen, wobei zwei Methoden – enzymatische Analyse nach Ultrazentrifugation und direkter Assay – zum Einsatz kamen. Alle Resultate wurden denen gesunder Kontrolltiere ähnlichen Alters (n = 12) gegenübergestellt. Die Körpermasse unterschied sich zu keinem Zeitpunkt signifikant zwischen den Nachkommen der mit DEX behandelten Tiere und den Kontrollgruppen. Entweder gab es keinen programmierten Effekt auf das Gewicht oder er wurde durch individuelle Schwankungen, möglicherweise verstärkt durch erhöhte Stressempfindlichkeit oder Hyperaktivität der DEX-Nachkommen (FRENCH et al. 2004, SCHWAB 2009) und damit einhergehende Tendenz zur Gewichtsabnahme (KAPLAN und SHELMIDINE 2010) maskiert. Beide Methoden zur Untersuchung des Lipoproteinprofils erschienen für Weißbüschelaffen geeignet und können für zukünftige Untersuchungen empfohlen werden. Bei den Kontrollgruppen fiel auf, dass ältere Tiere u. a. signifikant mehr LDL- und VLDL-CHOL, aber signifikant weniger HDL-TG und n3-FS hatten als jüngere, was auf ein wie beim Menschen mit dem Alter steigendes Herz-Kreislauf-Risiko (CARLSSON et al. 2010) schließen lässt. Sowohl DEX F2 als auch DEX F3 wiesen signifikant höhere Konzentrationen von LDL-CHOL, signifikant niedrigere Werte von HDL-TG, mehr Gesamt-CHOL sowie einen höheren Quotienten CHOL : HDL-CHOL im Blutplasma auf als die Kontrolltiere. Diese Parameter gehören zu den in der humanmedizinischen Diagnostik genutzten Herz-Kreislauf-Risikofaktoren und die Veränderungen weisen auf eine erhöhte Auftrittswahrscheinlichkeit kardiovaskulärer Erkrankungen hin (KANNEL et al. 1994, LUSIS et al. 2004, NCEP 2002). Zusätzlich fielen bei DEX F1, DEX F2 und DEX F3 im Vergleich zu den Kontrollen signifikant erniedrigte Gehalte an n3-FS auf, die u. a. für ihre antiphlogistische und kardioprotektive Wirkung bekannt sind (ALONSO et al. 2003, CALDER 2004, KINSELLA et al. 1990). Pränatale GC-Behandlung rief demzufolge über Veränderungen im Fettstoffwechsel ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei ihren weiblichen Nachkommen F1 bis F3 hervor. Dies lässt auf epigenetische Effekte schließen, welche in weiterführenden Untersuchungen genauer erforscht werden sollten. / As for many other civilization diseases, the way for atherosclerosis and hence heart attack and stroke can be paved even before birth. The mechanism by which negative environmental circumstances, first of all the influence of stress hormones, can alter the development of the fetus and cause a predisposition for diseases later in life is called prenatal or fetal programming (SCHWAB 2009, SECKL 2001). The aim of the present study was to investigate the consequences of stress during pregnancy on lipid metabolism of the offspring with special regard to known cardiovascular risk factors. Therefore, 28 common marmosets (F0) were given dexamethasone (DEX) – a synthetic glucocorticoid (GC) with the ability to pass the placenta easily (TEGETHOFF et al. 2009) – orally, once daily for one week during gestation (BEINDORFF et al. 2006, EINSPANIER et al. 2006c). The three female filial generations DEX F1 (n = 5), DEX F2 (n = 6) and DEX F3 (n = 3) of those monkeys were investigated. Only the F0 generation was treated with DEX, while all of the following pregnancies remained undisturbed. At the age of 3.3 up to 5.6 years (DEX F1) and from birth until 1.5 years (DEX F2, DEX F3), respectively, the animals were weighed weekly. Blood samples were analyzed on the one hand for fatty acids (FA), on the other hand for cholesterol (CHOL), triglycerides (TG) and lipoproteins using two different methods – enzymatic analysis after ultracentrifugation and direct assay. All results were compared to those of healthy controls of similar age (n = 12). Body mass of the offspring of dams prenatally treated with DEX was not significantly different from that of the controls at any point of time. Either there was no programming effect on weight or it was masked by individual fluctuations, maybe potentiated by hyperactivity or a higher sensitivity to stress of the DEX offspring (FRENCH et al. 2004, SCHWAB 2009) and hence a tendency to loose weight (KAPLAN and SHELMIDINE 2010). Both methods for lipoprotein analysis seemed to be suitable for the common marmoset and can be recommended for future investigations. In the controls, older animals showed significantly more LDL and VLDL CHOL, but significantly less HDL TG and n3 FA than younger ones, which points out to a cardiovascular risk rising with age as in humans (CARLSSON et al. 2010). DEX F2 and DEX F3 had significantly higher concentrations of LDL CHOL, significantly lower levels of HDL TG, more total CHOL and a higher ratio of CHOL : HDL CHOL in blood plasma than the controls. Those parameters are well-known human medicine cardiovascular risk factors and the aberrations detected indicate a higher probability of developing cardiovascular diseases (KANNEL et al. 1994, LUSIS et al. 2004, NCEP 2002). Additionally, compared to the controls, all DEX generations F1 to F3 showed significantly lower levels of n3 FA, which are known for their antiinflammatory and cardioprotective effects amongst others (ALONSO et al. 2003, CALDER 2004, KINSELLA et al. 1990). Consequently, prenatal treatment with GC caused an increased risk for cardiovascular diseases in the female offspring F1 up to F3 via alteration of lipid metabolism. This points out to epigenetic effects, which require further investigation.

Die Implantation einer Blastozyste im Uterus stellt für den maternalen Organismus eine große Herausforderung dar. Neben morphologischen Veränderungen des Endometriums sind Anpassungen auch im Immun- und Gefäßsystem notwendig. Kenntnisse über die verantwortlichen Faktoren für diese Prozesse sind bei Menschen und anderen Primaten noch immer unvollständig. Dabei sind Implantationsstörungen oftmals Ursache von Fruchtbarkeitsproblemen (SHARKEY und SMITH 2003). Besonders im Bereich der assistierten Reproduktion stellen implantationsbedingte Probleme eine Hauptursache für geringe Erfolgsraten dar (APLIN und KIMBER 2004). Das Ziel der Erforschung von Mechanismen im Zusammenhang mit der Implantation ist es, ein besseres Verständnis für die physiologischen und auch pathologischen Vorgänge zu erlangen. In dessen Folge die Erkenntnisse für die Behandlung von Implantationsstörungen genutzt werden könnten. Anhand des in der reproduktionsbiologischen Forschung etablierten Primatenmodells des Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus) wurde in der vorliegenden Arbeit die Expression ausgewählter Faktoren in verschiedenen Zyklusphasen mit dem Schwerpunkt der Implantationsphase untersucht. Dafür wurden zeitlich genau terminierte Uterusproben von konzeptiven und nicht-konzeptiven Tieren entnommen und molekularbiologisch, histologisch und immunhistochemisch analysiert. Erstmals konnte im Uterus von Weißbüschelaffen die zeitliche und räumliche Regulierung von Choriongonadotropin (CG), Östradiolrezeptor-α (ERα), Östradiolrezeptor-ß (ERß), Progesteronrezeptor (PR), Aromatase (ARO), 17β-Hydroxysterois-Dehydrogenase Typ 7 (17β-HSD7) sowie Relaxin (RLN) und Relaxinrezeptor (RXFP1) auf Gen- und Proteinebene in verschiedenen Zyklusphasen in der vorliegenden Vollständigkeit dargestellt werden. Alle in dieser Arbeit untersuchten Faktoren zeigten eine rezeptorspezifische Veränderung der Expressionsmuster, auf räumlicher und zeitlicher Ebene im Verlauf des Implantationsprozesses. Es konnte dargestellt werden, dass die feto-maternale Kommunikation bereits vor dem direkten Kontakt der Blastozyste mit dem Endometrium beginnt. So wurde bei konzeptiven Tieren eine verstärkte Expression von CG, ERα, PR, 17β-HSD7 und RXFP1 in der Implantationsphase nachgewiesen. Diese Faktoren sind geeignete Kandidaten für weiterführende Untersuchungen und Evaluierung von Markern für die Präimplantationsphase und rezeptiven Uteri von Weißbüschelaffen. Die ebenfalls untersuchten Faktoren ERβ, ARO und RLN zeigten Expressionsmuster, welche erst nach der Implantation bei konzeptiven Tieren Unterschiede aufwiesen. Aus diesem Grund sind diese Faktoren nicht als frühe Marker der Implantationsphase geeignet, gleichwohl sie wichtige Funktionen in der Postimplantationsphase übernehmen. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen, dass nicht alleine ein einzelner Faktor eine herausragende Bedeutung im Implantationsprozess hat, sondern vielmehr ein äußerst komplexes Netzwerk von Signalen nötig ist, um eine erfolgreiche Gravidität zu gewährleisten. Die Aufgabe der Steroidrezeptoren ERα und PR liegt in der grundlegenden Bereitstellung eines rezeptiven Uterus während des Implantationszeitfensters. Gleichzeitig erfolgt eine sehr genau koordinierte Regulation dieser Steroidrezeptoren über die lokal produzierten Faktoren CG, ARO, 17β-HSD7, RLN und der Rezeptoren RXFP1 und ERβ. Neben den morphologischen Veränderungen des Endometriums, sind einzelne Faktoren auch bei der Angiogenese und Entwicklung der maternalen Immuntoleranz beteiligt. Es kann demnach davon ausgegangen werden, dass die präzise Regulation dieser Faktoren eine essentielle Voraussetzung für den Erfolg der Implantation und Gravidität ist.

Weißbüschelaffen sind häufig verwendete Tiermodelle in der Forschung. Jedoch gibt es zu wenige Untersuchungen zu ihrem Knochenaufbau und Knochenstoffwechsel, um sie auch als Modell auf dem Gebiet der Knochenkrankheiten einsetzen zu können. Somit war es das Ziel dieser Studie, Richtwerte der Knochendichte von Weißbüschelaffen aufzustellen, diese mit denen des Menschen und anderer nichtmenschlicher Primaten zu vergleichen, sowie bestimmte Einflussfaktoren, wie Gewicht, Alter oder hormonelle Umstellungen auf die Knochendichte abzuklären. Desweiteren sollte mittels einer histologischen Darstellung der Knochen, sowie mittels immunhistologischen Nachweisen verschiedener knochenspezifischer Antigene, Gemeinsamkeiten oder Unterschiede zum Menschen im Hinblick auf Veränderungen im Knochen aufgedeckt werden. Abschließend stellte sich dann noch die Frage, ob ein therapeutisches Eingreifen bei niedriger messbarer Knochendichte möglich ist, um die Lebenssituation wieder zu verbessern. Hierzu wurde von 58 C.j. mit Hilfe des Aloka®-CT knochenspezifische Parameter im Bereich des vierten Lendenwirbels (L4) gemessen. Zusätzlich wurde Ca, Pi, AP und Östrogen im Blut bestimmt. Knochenschnitte von L4, Femurkopf/Femurhals und Femurschaft von fünf euthanasierten C.j. (4 männliche, 1 weibliches) wurden histologisch, sowie immunhistologisch (Bestimmung von OPN, OC, RUNX 2, Kollagen Typ 1, Kollagen Typ 5) untersucht. Abschließend wurde bei 2 Tieren eine Therapie mittels Zufütterung von Ca und Vitamin D durchgeführt. Trotz Unterschieden in der Höhe des BMD zum Menschen, konnten Gemeinsamkeiten bei der Reaktion auf Gewichtsveränderungen und Alter festgestellt werden. Eine Zunahme des Gewichts führte zu einer signifikanten Zunahme des BMD. Männliche Weißbüschelaffen zeigten einen Anstieg des BMD bis zu einem Alter von 96 Monaten, was bei Menschen Knochenmassepeak genannt wird, und danach einen signifikanten Abfall. Das bedeutet, dass die Knochen im Alter, genau wie beim Menschen, eine größere Frakturneigung zeigen, als bei jungen Tieren. Desweiteren zeigten Tiere mit einem hohen BMD eine signifikant niedrigere AP, als Tiere mit einem niedrigen BMD. Somit konnte dargestellt werden, dass die AP auch beim C.j. einen Marker für die Osteopenie darstellt. Dies ist ebenfalls eine Gemeinsamkeit mit dem Menschen. Immunhistologisch konnten die Knochenformationsmarker OPN, OC und RUNX 2 nur in den stabilen, bruchfesten Knochen nachgewiesen werden. Kollagen Typ I und V wurden in allen Knochen detektiert. Eine Therapie mittels Ca und Vitamin D bei Tieren mit einem pathologisch niedrigem BMD und klinischen Symptomen, zeigte einen deutlichen Anstieg der Knochendichte nach einem halben Jahr, sowie ein Verschwinden der klinischen Symptome. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass der Weißbüschelaffe trotz unterschiedlicher Knochendichtewerte, ein sehr gutes Tiermodell darstellt zur Untersuchung von Erkrankungen, die sich im Knochen manifestieren (z.B. Osteoporose, Ostemalazie).:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 4 2.1 Der Knochenstoffwechsel 4 2.2 Tiermodelle für Untersuchungen zu Veränderungen im Knochenstoffwechsel 5 2.3 Der Weißbüschelaffe 8 2.4 Computertomografie 9 3 Ergebnisse 3.1 paper 1: “Analysis of the bone metabolism by quantitative computer tomography and clinical chemistry in a primate model (Callithrix jacchus)” (veröffentlicht im Journal of medical primatology 2011) 11 3.2 paper 2: “The conclusiveness of less-invasive imaging techniques (computer tomography, X-ray) with regard to their identification of bone diseases in a primate model (Callithrix jacchus)” (veröffentlicht im Journal of medical primatology 2012) 22 4 Diskussion 4.1 Basiswerte zu computertomografischen Untersuchungen des Knochens des Callithrix jacchus und dessen Vergleichbarkeit mit anderen nichtmenschlichen Primaten sowie mit dem Menschen 31 4.2 Einflussfaktoren auf den Knochenstoffwechsel des Weißbüschelaffen 33 4.3 Beurteilung der Aussagekraft gering invasiver Untersuchungsmethoden anhand histologischer und immunhistologischer Darstellungen von Lendenwirbel und Oberschenkelknochen bei klinisch auffälligen Weißbüschelaffen 39 4.4 Therapie bei auffällig niedriger Knochendichte mit Beeinträchtigungen des Allgemeinverhaltens 44 5 Zusammenfassung 46 6 Summary 48 7 Literaturverzeichnis 50 8 Anhang 8.1 Abstrakt zu einem Poster, vorgestellt auf dem FELASA 2010 Congress vom 14.-17. Juni 2010 in Helsinki 8.2 Abstrakt zu einem Poster (Posterpreis erhalten), vorgestellt auf dem 9. Research Festival for Life Sciences am 17. Dezember 2010 in Leipzig Danksagung

Endometriose (EM) ist eine gynäkologische Erkrankung, gekennzeichnet durch chronische Unterbauchschmerzen (Dyspareunie, Dysmenorrhoe) und gilt unbehandelt als einer der Hauptgründe für Infertilität (OLDER 1984). Sie tritt spontan beim Menschen sowie bei höheren nichtmenschlichen Primaten auf und ist bis heute nicht zufriedenstellend therapierbar. Ein geeignetes Tiermodell zur Untersuchung dieser humanrelevanten Erkrankung ist der Weißbüschelaffe (EINSPANIER et al. 2006), welcher auch zur Erforschung neuer Therapieansätze genutzt wird. Bisher erfolgten Therapiestudien im Tiermodell hauptsächlich unter Berücksichtigung von Anzahl und Größe der Endometrioseherde. Diese Angaben geben jedoch keinen Aufschluss über die Schmerzhaftigkeit (BECKER et al. 2004). Eine Beurteilung des Wohlbefindens der Versuchstiere und der therapeutischen Beeinflussung des Schmerzes durch den untersuchten Wirkstoff ist so nicht möglich. Aus diesem Grund sollten in der vorliegenden Arbeit Verhalten und kognitive Fähigkeiten von an EM erkrankten Weißbüschelaffen als Indikator für Beeinträchtigungen, im Rahmen einer EM-Therapie, evaluiert werden. Dazu wurden in einer Basisstudie zunächst nicht invasive Testsysteme zur Beurteilung dieser Parameter etabliert und Unterschiede zwischen erkrankten und gesunden Affen untersucht (ARNOLD et al. 2011; LAMP 2010). Nachfolgend wurden erkrankte Tiere therapiert und mithilfe der zuvor etablierten Systeme erneut mit gesunden und unbehandelten erkrankten Tieren verglichen (ARNOLD und EINSPANIER 2013). Der Wisconsin General Test Apparatus (WGTA, HARLOW 1949) wurde zur Beurteilung kognitiver Leistungen genutzt. Der Futterbaum (modifiziert nach ROBERTS et al. 1993) kam zur Bewertung von Mobilität und räumlichem Erinnerungsvermögen zum Einsatz. Das Verhalten der Tiere konnte mittels versteckter Videoaufzeichnung untersucht werden. Während die Basisstudie zunächst deutliche Reduktionen der sozialen Körperpflege und der Aktivität der erkrankten Tiere im Vergleich zu gesunden Affen hervorbrachte, ergaben sich durch verfeinerte Auswertungsverfahren im Therapieversuch weitere bedeutende Unterschiede im Verhalten unbehandelter erkrankter Affen verglichen mit gesunden und behandelten Artgenossen. Die erkrankten Weibchen übten wiederholt keinerlei soziale Körperpflege gegenüber ihren männlichen Partnertieren aus, zeigten signifikant weniger Komfortverhalten in Form von Aufsuchen der Hängematten und pflegten auch ihr eigenes Fell signifikant weniger als die behandelten Tiere. Weiterhin war die Aktivität der erkrankten Affen noch immer reduziert und sie verbrachten tendenziell mehr Zeit zurückgezogen in ihren Schlafboxen. Die Tiere der Behandlungsgruppe hingegen erreichten in all diesen Parametern ähnliche Werte wie die gesunden Weibchen, was einen positiven Einfluss der Medikation auf das Wohlbefinden der behandelten Affen vermuten lässt. Lediglich das Aufsuchen der Rotlichtquellen war bei den Tieren beider EM-Gruppen reduziert im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe und erwies sich damit als ungeeignet zur Beurteilung eines therapeutischen Einflusses auf das Wohlbefinden der Tiere. Im Gegensatz zu den Verhaltensbeobachtungen, zeigten WGTA und Futterbaum im Therapieversuch keinerlei signifikante Unterschiede zwischen beiden EM-Gruppen und der gesunden Kontrollgruppe auf. Wohingegen in der vorherigen Basisstudie beobachtet wurde, dass erkrankte Weibchen in den ersten Versuchsabschnitten mit dem WGTA signifikant weniger Versuche durchführten und signifikant länger brauchten, um den Versuch zu verstehen als gesunde Weibchen. Diese Schwierigkeit, sich auf neue Aufgaben einzustellen, kann als Anzeichen von Beeinträchtigung angesehen werden (MCCANN et al. 2007). Aufgrund der bereits bekannten Aufgabenstellung im Therapieversuch, erscheint ein Gewöhnungseffekt wahrscheinlich und sollte beim künftigen Einsatz des WGTA vermieden werden. Zusammenfassend ist die Videodokumentation zum Einsatz in Therapiestudien zur Darstellung von Verhaltensänderungen bei Weißbüschelaffen geeignet und zu empfehlen. Gerade bei therapeutischen Studien chronisch schmerzhafter Erkrankungen, sollte die Beurteilung des Verhaltens als Indikator für Beeinträchtigungen vermehrt eingesetzt werden und trägt zum Refinement (RUSSELL und BURCH 1959) der Versuche bei.

Endometriose (EM) ist eine häufige gynäkologische Erkrankung, die bei betroffenen Frauen unter anderem mit chronischen Unterleibsschmerzen und Unfruchtbarkeit einhergeht (VALLE 2002). Bisher war es bei den zur Forschung verwendeten Modelltieren für EM (z.B. Rhesusaffe, ZONDERVAN et al. 2004; Weißbüschelaffe, EINSPANIER et al. 2006) nicht möglich festzustellen, ob bei ihnen schmerzhafte Beeinträchtigungen durch die Erkrankung bestehen. Um die Auswirkungen neuer Therapeutika auf das Wohlbefinden der Patientinnen bewerten zu können, werden Methoden benötigt, mit denen EM bedingte Beeinträchtigungen der Modelltiere dargestellt werden können. Daher war es das Ziel dieser Studie, bei einem Primatenmodell für EM, dem Weißbüschelaffen, neue nicht invasive Testsysteme zu etablieren, die zur Darstellung von EM bedingten Schmerzen und Beeinträchtigungen geeignet sind. Unter der Annahme, dass schmerzhafte Erkrankungen das Verhalten (WALLACE et al. 1990), die Beweglichkeit (FLECKNELL 1986) sowie die kognitiven Fähigkeiten (SMITH et al. 2006) der betroffenen Tiere beeinträchtigen können, wurden drei nicht invasive Testsysteme auf ihre Eignung untersucht, Schmerzen bei an EM erkrankten Weißbüschelaffen im Vergleich zu Kontrolltieren darzustellen. Zur Untersuchung des Verhaltens wurde die Videoüberwachung, für die motorischen Fähigkeiten der Futterbaum (modifiziert nach ROBERTS et al. 1993) und für die kognitiven Fähigkeiten der Wisconsin General Test Apparatus (WGTA, HARLOW 1949) sowie der Futterbaum verwendet. Im ersten Abschnitt dieser Studie wurde das Normalverhalten von neun Weißbüschelaffenpaaren per Videokamera über den gesamten Tagesverlauf von zwölf Stunden aufgezeichnet und unter anderem in Bezug auf Aktivität, soziale und eigene Körperpflege sowie Futter- und Wasseraufnahme analysiert. Der Verlauf der Tagesaktivität zeigte drei Maxima zwischen 7:00 und 8:00 Uhr, 11:00 und 12:00 Uhr sowie 14:00 und 15:00 Uhr, dabei war die ansteigende Aktivität als Futtersuchverhalten vor den Mahlzeiten zu werten. Das im ersten Abschnitt der Studie dargestellte Aktivitätsmuster wurde im zweiten Abschnitt verwendet, um die Versuche mit WGTA und Futterbaum besser in den Tagesverlauf der Tiere einzuordnen und darüber ihre Kooperativität zu steigern. Die Tiere führten die Tests immer zur gleichen Tageszeit durch, deshalb wurde somit eine optimale Vergleichbarkeit und Homogenität der Ergebnisse gewährleistet. Bei der Auswertung der Videodokumentation im zweiten Abschnitt dieser Studie zeigte sich, dass erkrankte Weibchen ihren Partner im Gegensatz zu den Kontrolltieren gar nicht pflegen (p=0,029) und die Aktivität der erkrankten Weibchen zwar deutlich, aber nicht signifikant (p=0,057) verringert war. Diese verringerte Aktivität ist möglicherweise ein Hinweis auf Schmerzen der an EM erkrankten Weibchen, während die nicht vorhandene soziale Körperpflege den partnerschaftlichen Problemen betroffener Frauen entsprechen könnte. In den ersten beiden kognitiven Tests mit dem WGTA führten die erkrankten Weibchen signifikant weniger Versuche pro Tag durch als die Kontrolltiere (p=0,006/ p=0,008). Darüber hinaus benötigten die erkrankten Tiere signifikant mehr Versuche, um den ersten Test zu verstehen (p=0,008). Diese Unterschiede zu den Kontrolltieren ließen sich in den folgenden drei Versuchsabschnitten nicht mehr nachweisen. Daraus lässt sich ableiten, dass die Weibchen mit EM sich schlecht auf neue Anforderungen einstellen und sich weniger lange auf eine gestellte Aufgabe konzentrieren können. Nach der International Primatological Society (MC CANN et al. 2007) kann eine verminderte Fähigkeit, sich auf neue Situationen einzustellen, als Anzeichen für Beeinträchtigungen gewertet werden. Bei der Auswertung der Futterbaum Testreihen, in denen sowohl kognitive als auch motorische Fähigkeiten der Tiere mit einer Art „Kletterbaum“ überprüft wurden, ergaben sich demgegenüber keine signifikanten Unterschiede zwischen der EM-Gruppe und den Kontrolltieren. Zusammenfassend eignen sich die Videodokumentation und der WGTA zur Darstellung von Beeinträchtigungen bei an EM erkrankten Weißbüschelaffen. Die beiden Testsysteme können in folgenden pharmakologischen Studien verwendet werden, um erstmals die Auswirkungen neuer Therapeutika auf das Wohlbefinden der Modelltiere zu bewerten. Zusätzlich ermöglichen die Ergebnisse dieser Studie ein Refinement (RUSSELL und BURCH 1959), da die bisher verwendeten invasiven Methoden (Laparoskopie, Laparotomie) zur Bewertung des Verhaltens der EM Läsionen unter einer Therapie ergänzt und sogar ersetzt werden könnten.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Endometriose 3 2.2 Tiermodelle für Endometriose 7 2.3 Methoden zur Darstellung von Beeinträchtigungen und Schmerzen bei Tieren 8 2.4 Der Weißbüschelaffe 10 3 Tiere, Material und Methoden 13 3.1 Tiere 13 3.2 Videodokumentation 16 3.3 Wisconsin General Test Apparatus (WGTA) 17 3.4 Futterbaum 20 3.5 Statistische Verfahren 22 4 Ergebnisse 24 4.1 Videodokumentation im ersten Studienabschnitt 24 4.2 Ergebnisse im zweiten Studienabschnitt 27 4.2.1 Videodokumentation 27 4.2.2 WGTA 29 4.2.3 Futterbaum 33 5 Diskussion 35 6 Zusammenfassung 41 7 Summary 43 8 Literaturverzeichnis 45 9 Anhang I 9.1 Paper „Behavioural tests as indicator for pain and distress in a primate endometriosis model“ eingereicht am 17.12.2009 bei Laboratory Animals I 9.2 Abstract zu dem Vortrag auf der 47. Wissenschaftlichen Tagung der Gesellschaft für Versuchstierkunde GV-SOLAS am 13.-15. September 2009 in Wien XIX 9.3 Abstract zu einem Poster, vorgestellt auf dem 7. Leipzig Research Festival for Life Sciences am 12. Dezember 2008 XX 9.4 Abstract zu dem Vortrag auf der 18. Tagung der DVG-Fachgruppe Physiologie und Biochemie am 9.-11. März 2008 in Leipzig XXI Danksagung / Endometriosis (EM) is a common gynecological disease, which is known to cause chronic pelvic pain and infertility in women (VALLE 2002). Up to now, it was not possible to assess, whether the animal models for research (e.g. rhesus macaque, ZONDERVAN et al. 2004; common marmoset, EINSPANIER et al. 2006) suffer from pain or impairments due to the disease. Therefore, new test systems are needed to obtain pain and discomfort in animal models for EM to enable the validation of new therapeutic agents with a view to the patients well being. It was the aim of this study, to establish new non invasive test systems to investigate signs of discomfort in an animal model for EM, the marmoset monkey. Assuming that painful diseases can influence the behaviour (WALLACE et al. 1990), the mobility (FLECKNELL 1986) and the cognitive abilities (SMITH et al. 2006) of animals, three non invasive test systems were reviewed for their ability to detect EM associated pain in common marmosets. They were based on behaviour (videotaping), mobility and exploratory behaviour (food tree, modified after ROBERTS et al. 1993) and cognitive abilities (Wisconsin General Test Apparatus (HARLOW 1949) and food tree). In the first part of this study, the daily activity patterns, allo- and autogrooming as well as water and food intake of nine common marmoset couples were monitored over a 12-hour light phase by video recording. The animals showed a trimodal course of activity per day with maxima from 7:00-8:00h, 11:00-12:00h and 15:00-16:00h. These activity maxima represented foraging behaviour, as they were followed by frequent food intake phases. The knowledge of the daily activity patterns allowed to optimize the experimental conditions for the tasks with the food tree and the Wisconsin General Test Apparatus (WGTA; HARLOW 1949) in the second part of this study. As every animal solved the tasks at the same time of day, the comparability and homogeneity of the results were optimized. By analysing the video documentation in the second part of this study, the females with EM, in contrast to the control females, did not show any social grooming behaviour (p=0.029). Furthermore, their activity level was almost significantly decreased (p=0.057). This reduced activity could indicate towards pain in the diseased females, while the lack of social grooming is similar to partnership problems in diseased women. The WGTA tasks revealed, that the females with EM performed significantly less trials per day in the first two settings (p=0.006/ p=0.008) and needed more trials to solve the first setting than the control animals (p=0.008). Those differences between diseased females and control animals were not detectable in the following three settings of the WGTA tasks. These results demonstrate, that EM affected marmosets have difficulties to concentrate on cognitive tasks and to cope with new situations. According to the International Primatological Society (MC CANN et al. 2007), these difficulties to cope with new situations can be interpreted as signs of distress. The food tree, a kind of jungle gym, was used to assess the animals` cognitive abilities as well as their mobility, but there were no significant differences between the EM diseased females and the control animals. In conclusion, the videotaping and the WGTA are suitable methods to demonstrate signs for impairments due to EM in marmoset monkeys. In following pharmacological studies, both test systems will allow to evaluate the benefit of new therapeutic agents on the animal model`s well being. In addition, the results of this study can help to refine procedures by replacing invasive methods like laparotomy according to the Refinement of RUSSELL and BURCH (1959).:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Endometriose 3 2.2 Tiermodelle für Endometriose 7 2.3 Methoden zur Darstellung von Beeinträchtigungen und Schmerzen bei Tieren 8 2.4 Der Weißbüschelaffe 10 3 Tiere, Material und Methoden 13 3.1 Tiere 13 3.2 Videodokumentation 16 3.3 Wisconsin General Test Apparatus (WGTA) 17 3.4 Futterbaum 20 3.5 Statistische Verfahren 22 4 Ergebnisse 24 4.1 Videodokumentation im ersten Studienabschnitt 24 4.2 Ergebnisse im zweiten Studienabschnitt 27 4.2.1 Videodokumentation 27 4.2.2 WGTA 29 4.2.3 Futterbaum 33 5 Diskussion 35 6 Zusammenfassung 41 7 Summary 43 8 Literaturverzeichnis 45 9 Anhang I 9.1 Paper „Behavioural tests as indicator for pain and distress in a primate endometriosis model“ eingereicht am 17.12.2009 bei Laboratory Animals I 9.2 Abstract zu dem Vortrag auf der 47. Wissenschaftlichen Tagung der Gesellschaft für Versuchstierkunde GV-SOLAS am 13.-15. September 2009 in Wien XIX 9.3 Abstract zu einem Poster, vorgestellt auf dem 7. Leipzig Research Festival for Life Sciences am 12. Dezember 2008 XX 9.4 Abstract zu dem Vortrag auf der 18. Tagung der DVG-Fachgruppe Physiologie und Biochemie am 9.-11. März 2008 in Leipzig XXI Danksagung

Das Metabolische Syndrom (MetSyn) ist gekennzeichnet durch eine Kombination verschiedener kardiovaskulärer Risikofaktoren: Glukoseintoleranz, Adipositas, Dyslipidämie sowie arterielle Hypertonie. Es gilt beim Menschen als eine der Hauptursachen für Herzkreislauferkrankungen und befindet sich weltweit auf enormem Vormarsch. Die Weichen für die Erkrankung werden zum Teil schon vor der Geburt durch eine veränderte Umwelt in utero gestellt. So können Stress oder eine Glukokortikoidbehandlung während der Schwangerschaft zu einem veränderten Phänotyp des Embryos/Fetus führen - mit Konsequenzen für das gesamte spätere Leben. Dieses Phänomen wird als pränatale Programmierung bezeichnet. Neben diesen epigenetischen Effekten spielen u. a. auch geschlechtsabhängige Faktoren eine Rolle für das Risiko, am MetSyn zu erkranken. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen einer Glukokortikoidbehandlung in der frühen Trächtigkeit sowie dem Einfluss des Geschlechts auf kardiovaskuläre Risikofaktoren im Erwachsenenalter. Als Modelltier für die Studie wurde der Weißbüschelaffe eingesetzt. In einem 2002 stattgefundenen Vorversuch im Deutschen Primatenzentrum in Göttingen wurde tragenden Tieren (F0) eine Woche lang täglich oral Dexamethason verabreicht. Dieses synthetische Glukokortikoid kann die Plazentaschranke passieren. Die drei folgenden in Leipzig gehaltenen Generationen DexF1/2/3W (weibliche Tiere, n = 4/6/2) und DexF2/3M (männliche Tiere, n = 2/4) gingen in die Untersuchung ein. Tiere, die keine Nachkommen der F0-Generation darstellten, bildeten jeweils eine weibliche (ControlW, n = 11) und eine männliche (ControlM, n = 15) Kontrollgruppe und wurden ebenfalls herangezogen, um die Auswirkungen des Geschlechts auf die untersuchten Parameter zu ermitteln. Es wurde ein oraler Glukosetoleranztest (OGTT) durchgeführt (inklusive der Erfassung der Insulinwerte), der Quantitative Insulin Sensitivity Check Index (QUICKI – Maß für die Insulinsensitivität) berechnet sowie Lipidstoffwechselparameter bestimmt. Außerdem fanden wöchentlich Erfassungen des Körpergewichts statt. In mehreren Sitzungen pro Tier wurde der Blutdruck gemessen. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Mann-Whitney-U-Test für unabhängige Stichproben. Unterschiede mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit p ≤ 0,05 wurden als signifikant angesehen. Im OGTT wies DexF1W im Vergleich zu ControlW 120 Minuten nach oraler Glukoseapplikation eine signifikant niedrigere Insulinkonzentration auf. Da nach 30 und 120 Minuten auch die Glukosekonzentration signifikant erniedrigt war, ist jedoch nicht von einer klinischen Relevanz auszugehen. Weitere Auswirkungen der Dexamethasonapplikation auf die F1- bis F3-Generation konnten nicht beobachtet werden. Beim Vergleich der weiblichen und männlichen Nachkommen unbehandelter Weißbüschelaffen fiel auf, dass weibliche Tiere signifikant höhere Insulinkonzentrationen und damit eine signifikant größere Insulin-AUC (Fläche unter der Kurve) im OGTT zeigten. Ihr QUICKI war signifikant niedriger. Hyperinsulinämie und niedriger QUICKI stellen Symptome einer gestörten Glukoseregulation dar. Die weiblichen Tiere zeigten außerdem eine signifikante Erhöhung hinsichtlich Körpergewicht, VLDL-Triglycerid- und folglich Plasmatriglyceridkonzentrationen. Ihre HDL-Cholesterolwerte waren signifikant niedriger. Diese Kombination einer Hypertriglyceridämie mit niedrigem HDL-Cholesterol wird als atherogene Dyslipidämie bezeichnet. Eine gestörte Glukosehomöostase, eine Adipositas sowie eine atherogene Dyslipidämie stellen kardiovaskuläre Risikofaktoren und wichtige Komponenten des MetSyn dar. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beim Weißbüschelaffen eine Glukokortikoidbehandlung während der frühen Trächtigkeit nicht zum MetSyn der F1- bis F3-Generationen im Erwachsenenalter führte. Hingegen ergab die Untersuchung auf ein geschlechtsabhängiges Erkrankungsrisiko eine eindeutige Prädisposition bei den weiblichen Tieren. Die zu Grunde liegenden Mechanismen dieses Phänomens bleiben Gegenstand weiterer Untersuchungen. / The metabolic syndrome (MetSyn) consists of a cluster of metabolic disorders, characterized by glucose intolerance, obesity, dyslipidemia and hypertension. In humans, it is a major cause for cardiovascular disease. Its worldwide prevalence is increasing. The way for the disease can be paved even before birth. An adverse intrauterine environment due to prenatal stress or an iatrogenic overexposure of the fetus to glucocorticoids can lead to an altered phenotype with consequences for later life. This phenomenon is called prenatal programming. In addition gender specific factors play a leading role for the risk of developing MetSyn. The aim of the present study was to investigate the influence of a glucocorticoid application in early pregnancy and gender on cardiovascular risk factors in adulthood. The common marmoset was used as model species. In a preliminary experiment (2002) at the german primate centre (Göttingen) animals (F0) were orally treated with dexamethasone for one week during early pregnancy. Dexamethasone is a synthetic glucocorticoid that can pass the placental barrier. The following three generation offspring, reared in Leipzig, DexF1/2/3W (female animal, n = 4/6/2) and DexF2/3M (male animal, n = 2/4) were regarded. Animals that were no descendants of the F0 generation built a female (ControlW, n = 11) and a male (ControlM, n = 15) control group and were also regarded for gender-specific risk for MetSyn. An oral glucose tolerance test (OGTT) was carried out (including measurements of insulin concentration), the Quantitative Insulin Sensitivity Check Index (QUICKI – measure of insulin sensitivity) was calculated and parameters of lipid metabolism were investigated. Furthermore, all animals were weighed weekly and blood pressure was monitored at a series of meetings. Statistical analysis was performed by Mann-Whitney-U-Test for independent samples. The level of significance was defined at p ≤ 0.05. DexF1W in comparison to ControlW had a significantly lower insulin concentration 120 minutes after glucose application in the OGTT and a significantly lower glucose concentration 30 and 120 minutes after reaching the sugar solution. These findings did not seem to be clinically relevant. Apart from that, no consequences could be determined in the F1-3 generation offspring after dexamethasone treatment in pregnancy. Regarding gender comparison of untreated common marmosets, female animals had significantly higher insulin concentrations in OGTT and therefore a significantly greater insulin AUC (area under the curve). QUICKI was significantly lower. Hyperinsulinemia and a low QUICKI are symptoms of an impaired glucose regulation. Furthermore, the female animals showed an increase in body weight, VLDL triglycerides and therefore total triglycerides. HDL cholesterol was significantly lower. Hypertriglyceridemia in combination with low HDL cholesterol is called atherogenic dyslipidemia. A disturbed glucose homeostasis, obesity and an atherogenic dyslipidemia are cardiovascular risk factors and important components of MetSyn. In summary, dexamethasone applied in early pregnancy did not lead to metabolic syndrome in the F1-F3 generation offspring of common marmoset in adulthood. However, the female gender was associated with a higher risk of developing the disease. The underlying mechanisms require further investigation.

Das Metabolische Syndrom (MetSyn) ist gekennzeichnet durch eine Kombination verschiedener kardiovaskulärer Risikofaktoren: Glukoseintoleranz, Adipositas, Dyslipidämie sowie arterielle Hypertonie. Es gilt beim Menschen als eine der Hauptursachen für Herzkreislauferkrankungen und befindet sich weltweit auf enormem Vormarsch. Die Weichen für die Erkrankung werden zum Teil schon vor der Geburt durch eine veränderte Umwelt in utero gestellt. So können Stress oder eine Glukokortikoidbehandlung während der Schwangerschaft zu einem veränderten Phänotyp des Embryos/Fetus führen - mit Konsequenzen für das gesamte spätere Leben. Dieses Phänomen wird als pränatale Programmierung bezeichnet. Neben diesen epigenetischen Effekten spielen u. a. auch geschlechtsabhängige Faktoren eine Rolle für das Risiko, am MetSyn zu erkranken. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen einer Glukokortikoidbehandlung in der frühen Trächtigkeit sowie dem Einfluss des Geschlechts auf kardiovaskuläre Risikofaktoren im Erwachsenenalter. Als Modelltier für die Studie wurde der Weißbüschelaffe eingesetzt. In einem 2002 stattgefundenen Vorversuch im Deutschen Primatenzentrum in Göttingen wurde tragenden Tieren (F0) eine Woche lang täglich oral Dexamethason verabreicht. Dieses synthetische Glukokortikoid kann die Plazentaschranke passieren. Die drei folgenden in Leipzig gehaltenen Generationen DexF1/2/3W (weibliche Tiere, n = 4/6/2) und DexF2/3M (männliche Tiere, n = 2/4) gingen in die Untersuchung ein. Tiere, die keine Nachkommen der F0-Generation darstellten, bildeten jeweils eine weibliche (ControlW, n = 11) und eine männliche (ControlM, n = 15) Kontrollgruppe und wurden ebenfalls herangezogen, um die Auswirkungen des Geschlechts auf die untersuchten Parameter zu ermitteln. Es wurde ein oraler Glukosetoleranztest (OGTT) durchgeführt (inklusive der Erfassung der Insulinwerte), der Quantitative Insulin Sensitivity Check Index (QUICKI – Maß für die Insulinsensitivität) berechnet sowie Lipidstoffwechselparameter bestimmt. Außerdem fanden wöchentlich Erfassungen des Körpergewichts statt. In mehreren Sitzungen pro Tier wurde der Blutdruck gemessen. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Mann-Whitney-U-Test für unabhängige Stichproben. Unterschiede mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit p ≤ 0,05 wurden als signifikant angesehen. Im OGTT wies DexF1W im Vergleich zu ControlW 120 Minuten nach oraler Glukoseapplikation eine signifikant niedrigere Insulinkonzentration auf. Da nach 30 und 120 Minuten auch die Glukosekonzentration signifikant erniedrigt war, ist jedoch nicht von einer klinischen Relevanz auszugehen. Weitere Auswirkungen der Dexamethasonapplikation auf die F1- bis F3-Generation konnten nicht beobachtet werden. Beim Vergleich der weiblichen und männlichen Nachkommen unbehandelter Weißbüschelaffen fiel auf, dass weibliche Tiere signifikant höhere Insulinkonzentrationen und damit eine signifikant größere Insulin-AUC (Fläche unter der Kurve) im OGTT zeigten. Ihr QUICKI war signifikant niedriger. Hyperinsulinämie und niedriger QUICKI stellen Symptome einer gestörten Glukoseregulation dar. Die weiblichen Tiere zeigten außerdem eine signifikante Erhöhung hinsichtlich Körpergewicht, VLDL-Triglycerid- und folglich Plasmatriglyceridkonzentrationen. Ihre HDL-Cholesterolwerte waren signifikant niedriger. Diese Kombination einer Hypertriglyceridämie mit niedrigem HDL-Cholesterol wird als atherogene Dyslipidämie bezeichnet. Eine gestörte Glukosehomöostase, eine Adipositas sowie eine atherogene Dyslipidämie stellen kardiovaskuläre Risikofaktoren und wichtige Komponenten des MetSyn dar. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beim Weißbüschelaffen eine Glukokortikoidbehandlung während der frühen Trächtigkeit nicht zum MetSyn der F1- bis F3-Generationen im Erwachsenenalter führte. Hingegen ergab die Untersuchung auf ein geschlechtsabhängiges Erkrankungsrisiko eine eindeutige Prädisposition bei den weiblichen Tieren. Die zu Grunde liegenden Mechanismen dieses Phänomens bleiben Gegenstand weiterer Untersuchungen. / The metabolic syndrome (MetSyn) consists of a cluster of metabolic disorders, characterized by glucose intolerance, obesity, dyslipidemia and hypertension. In humans, it is a major cause for cardiovascular disease. Its worldwide prevalence is increasing. The way for the disease can be paved even before birth. An adverse intrauterine environment due to prenatal stress or an iatrogenic overexposure of the fetus to glucocorticoids can lead to an altered phenotype with consequences for later life. This phenomenon is called prenatal programming. In addition gender specific factors play a leading role for the risk of developing MetSyn. The aim of the present study was to investigate the influence of a glucocorticoid application in early pregnancy and gender on cardiovascular risk factors in adulthood. The common marmoset was used as model species. In a preliminary experiment (2002) at the german primate centre (Göttingen) animals (F0) were orally treated with dexamethasone for one week during early pregnancy. Dexamethasone is a synthetic glucocorticoid that can pass the placental barrier. The following three generation offspring, reared in Leipzig, DexF1/2/3W (female animal, n = 4/6/2) and DexF2/3M (male animal, n = 2/4) were regarded. Animals that were no descendants of the F0 generation built a female (ControlW, n = 11) and a male (ControlM, n = 15) control group and were also regarded for gender-specific risk for MetSyn. An oral glucose tolerance test (OGTT) was carried out (including measurements of insulin concentration), the Quantitative Insulin Sensitivity Check Index (QUICKI – measure of insulin sensitivity) was calculated and parameters of lipid metabolism were investigated. Furthermore, all animals were weighed weekly and blood pressure was monitored at a series of meetings. Statistical analysis was performed by Mann-Whitney-U-Test for independent samples. The level of significance was defined at p ≤ 0.05. DexF1W in comparison to ControlW had a significantly lower insulin concentration 120 minutes after glucose application in the OGTT and a significantly lower glucose concentration 30 and 120 minutes after reaching the sugar solution. These findings did not seem to be clinically relevant. Apart from that, no consequences could be determined in the F1-3 generation offspring after dexamethasone treatment in pregnancy. Regarding gender comparison of untreated common marmosets, female animals had significantly higher insulin concentrations in OGTT and therefore a significantly greater insulin AUC (area under the curve). QUICKI was significantly lower. Hyperinsulinemia and a low QUICKI are symptoms of an impaired glucose regulation. Furthermore, the female animals showed an increase in body weight, VLDL triglycerides and therefore total triglycerides. HDL cholesterol was significantly lower. Hypertriglyceridemia in combination with low HDL cholesterol is called atherogenic dyslipidemia. A disturbed glucose homeostasis, obesity and an atherogenic dyslipidemia are cardiovascular risk factors and important components of MetSyn. In summary, dexamethasone applied in early pregnancy did not lead to metabolic syndrome in the F1-F3 generation offspring of common marmoset in adulthood. However, the female gender was associated with a higher risk of developing the disease. The underlying mechanisms require further investigation.