Ziel dieser Studie ist die Charakterisierung der anatomischen Verhältnisse im äußeren Gehörgang brachyzephaler Rassen, speziell die Vermessung des Porus acusticus externus anhand computertomografischer Untersuchungen und der Vergleich mit normozephalen Hunden. Weiterhin wurde durch otoskopische und zytologische Untersuchungen ein möglicher Zusammenhang mit einer Otitis externa untersucht.

Die Kryptosporidiose der Kälber wird zumeist durch die Spezies C. parvum verursacht, einem ubiquitär verbreiteten Parasiten mit zoonotischem Potential. Die Infektion geht insbesondere in den ersten Lebenswochen mit wässrigem Durchfall einher, was in der Nutztierhaltung durch eine erhöhte Sterblichkeit enorme wirtschaftliche Verluste bedeuten kann. Neben einer Vielzahl anderer Einflussfaktoren trägt der Erreger mit unterschiedlicher Virulenz zur Ausprägung der Klinik bei. Aufgrund limitierter kausaler Therapeutika ist das Desinfektionsmanagement auf einem Kälber haltenden Betrieb bei der Bekämpfung entscheidend. Epidemiologische Studien sind essentiell, um die eher unterschätze Parasitose im Sinne eines One-Health-Ansatzes mehr in den Fokus der Aufmerksamkeit zu rücken. Mit der Testung verschiedener chemischer Substanzen und UV-Bestrahlung auf die Wirksamkeit gegen C. parvum-Oozysten sollten mögliche Alternativen zu den antiprotozoären Desinfektionsmitteln für das Labor aufgezeigt werden. Anhand von Sequenzanalysen des Gp60-Genlokus wurden C. parvum-Feldisolate von Kälbern aus sächsischen Milchviehbetrieben molekulargenetisch charakterisiert, um einen Überblick über die im Untersuchungsgebiet verbreiteten Subtypen generieren zu können. Diese Feldisolate wurden außerdem in vitro unter standardisierten Laborbedingungen in humanen Adenokarzinomzellen (HCT-8) auf Zytopathogenität getestet, um möglicherweise auf die Erregervirulenz in vivo rückschließen zu können. C. parvum-Oozysten eines Laborstammes wurden in denaturiertem Ethanol, Ethanol (70 %, 100 %), Wasserstoffperoxid (H2O2, 3 %, 10 %) oder Natriumhypochlorit (NaOCl, 1,5 %, 3 %, 6 %) über 30 min, 2 h, 4 h, 12 h oder 24 h in Suspension inkubiert oder auf einem Keimträger über 10 min, 20 min und 30 min einer UV-C-Strahlung ausgesetzt. Anschließend wurden mit diesen Oozysten HCT-8-Zellen infiziert und die Infektiosität mittels Real-Time-PCR quantifiziert. In einer epidemiologischen Studie wurden bis zu 13 Kälber aus 61 Milchviehbetreiben klinisch untersucht. Entnommene Kotproben wurden nach ihrer Konsistenz gescort und semiquantitativ mittels Heine-Färbung auf Cryptosporidium spp. untersucht. Gewonnene Feldisolate wurden in vitro zur Infektion von HCT-8-Zellmonolayern verwendet, um deren Zytopathogenität mit Hilfe eines Zellviabilitätsassay (MTT-Assay) zu ermitteln. Nicht infizierte Zellmonolayer dienten als Negativkontrolle. Zur genetischen Subtypisierung der Feldisolate erfolgten Sequenzanalysen des Gp60-Genlokus mittels Amplifizierung in zwei unterschiedlichen PCR-Verfahren. Alle Zellkulturexperimente wurden in Triplikaten durchgeführt und der Mittelwert (Inaktivierungsstudien) bzw. der Median (Zellviabilität) errechnet. Die ermittelten Daten wurden auf Normalverteilung getestet (Shapiro-Wilk-Test). Gruppenvergleiche erfolgten mit dem Mann-Whitney-U-Test (keine Normalverteilung) bzw. dem t-Test (Normalverteilung). Korrelationsanalysen wurden mit dem Pearson-Korrelationskoeffizienten durchgeführt. Die Anwendung von 10 %igem H2O2 mit einer Einwirkzeit von mindestens 12 h sowie die Inkubation in NaOCl (3 % und 6 %) über 12 h führte zu einer fast vollständigen Inaktivierung (> 99 %) der C. parvum-Oozysten. Diese Effektivität wurde auch mit der UV-Bestrahlung über 30 min (100 mJ/cm2) erreicht. 89 % (455/512) der beprobten Kälber wurden positiv auf Cryptosporidium spp. getestet und in jedem Betrieb wurde mindestens ein Ausscheider detektiert. Infizierte Tiere zeigten signifikant häufiger Durchfall als negativ Getestete. Die Subtypisierung war für 47 Feldisolate erfolgreich. IIaA15G2R1 wurde in 66 % der Betriebe gefunden, IIaA16G3R1 in 13 %. Acht weitere Gp60-Subtypen der Gruppe IIa wurden weniger häufig (< 8,5 %) nachgewiesen, der Subtyp IIaA17G4R1 dabei erstmals in Deutschland. 26 Feldisolate konnten in vitro auf ihre Zytopathogenität getestet werden. Es wurden Werte zwischen 17,7 % (± 5,1 %) und 99,5 % (± 7,1 %) lebender Zellen nach Infektion ermittelt. Die Feldisolate wurden in drei Zytopathogenitätskategorien gruppiert. Es wurde eine signifikante Korrelation zwischen In vitro- und In-vivo-Daten ermittelt. Außerdem hatte die Lagerungsdauer der Oozysten signifikanten Einfluss auf die Zytopathogenität. UV-C-Strahlen (100 mJ/cm2) und 10 %iger H2O2 sind bei Einhaltung entsprechender Einwirkzeiten geeignet C. parvum-Oozysten effizient zu inaktivieren. Die Studienergebnisse bestätigen in einem regional eingeschränkten Rahmen, dass C. parvum als Primärpathogen entscheidend am Durchfallgeschehen junger Kälber beteiligt ist. Alle in Sachsen detektierten Subtypen weisen ein zoonotisches Potential auf. Durch die Anwendung des MTT-Assay ist eine Aussage über die Qualität von C. parvum-Oozysten nach Lagerung bei 4 °C möglich. Zur Eignung als diagnostisches Tool bedarf es weiterer Untersuchungen.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2. 1 Taxonomie des Erregers 2. 2 Morphologie und Entwicklungszyklus intestinaler Kryptosporidien 2. 3 In-vitro-Kultivierung des Erregers 2. 4 Invasionsmechanismen und Modulation der Apoptose 2. 5 Klinik, Pathogenese und Bekämpfung von C. parvum beim Kalb 2. 6 Humane Kryptosporidiose 2. 7 Diagnostik und molekulargenetische Charakterisierung von Feldisolaten 2. 8 Viabilitäts- und Infektiositätsnachweis von C. parvum-Oozysten 2. 8. 1 Bewertung der Viabilität 2. 8. 2 Bewertung der Infektiosität 2. 9 Inaktivierung des Parasiten 2. 9. 1 Physikalische Inaktivierung 2. 9. 1. 1 Temperatur 2. 9. 1. 2 UV-Bestrahlung 2. 9. 1. 3 Gammastrahlung 2. 9. 1. 4 Ultraschall 2. 9. 1. 5 Sonstige Methoden der physikalischen Inaktivierung 2. 9. 2 Chemische Inaktivierung 2. 9. 2. 1 Chlorverbindungen 2. 9. 2. 2 Ozon 2. 9. 2. 3 Alkohole und Aldehyde 2. 9. 2. 4 Ammoniumverbindungen 2. 9. 2. 5 Wasserstoffperoxid 2. 9. 3 Kommerziell erhältliche Desinfektionsmittel 3 Publikation 1: Inactivation of Cryptosporidium parvum under laboratory conditions 4 Publikation 2: Distribution of Cryptosporidium parvum gp60 subtypes in calf herds of Saxony, Germany 5 Publikation 3: Bovine Cryptosporidium parvum field isolates differ in cytopathogenicity in HCT-8 monolayers 6 Diskussion 6. 1 Chemische Desinfektion von C. parvum unter Laborbedingungen 6. 2 Physikalische Inaktivierung von C. parvum mittels UV-Bestrahlung 6. 3 Nachweisraten von Cryptosporidium spp. in Sachsen 6. 4 Zytopathogenität der C. parvum-Feldisolate 6. 5 Verbreitung von Gp60-Subtypen in Sachsen 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Literaturverzeichnis

Der Ersatz von geschädigtem Gewebe durch körpereigene Reparaturprozesse wird auf zellulärer Ebene durch Stammzellen unterstützt. Diese Regenerationsfähigkeit ist allerdings in einigen Geweben nur eingeschränkt vorhanden. So kommt es bei der Sehnenheilung des Pferdes unter konventioneller Therapie zur narbigen Reparation mit hohen Rezidivraten. Die Anwendung von multipotenten mesenchymalen Stromazellen (MSC) stellt eine innovative Therapiemethode dar, da die tenogene Differenzierung zum Zellersatz mit anschließender Matrixmodulation führen könnte. Es ist jedoch unklar, ob eine entzündliche Umgebung in diesem Zusammenhang Einfluss auf funktionelle Eigenschaften der MSC hat. In dieser Arbeit wurden erstmalig funktionelle Eigenschaften, mit dem Fokus des tenogenen Differenzierungspotentials, von aus Fettgewebe isolierten equinen MSC, unter dem Einfluss proinflammatorischer Zytokine und einer direkten Leukozyten-Ko-Kultur, untersucht. Es wurde ein komplexes In-vitro-Modell entwickelt, um die in vivo vorherrschenden Bedingungen bestmöglich zu berücksichtigen. Es konnte erstmals nachgewiesen werden, dass funktionelle und tenogene Eigenschaften von MSC in einem komplexen In-vitro-Modell unter dem Einfluss von proinflammatorischen Zytokinen oder Leukozyten beeinträchtigt werden. Dies hebt die Notwendigkeit zur Untersuchung der komplexen Zusammenhänge während einer akuten Entzündungsreaktion hervor. Es bleibt zu klären, ob trotz der starken Beeinflussung der tenogenen Eigenschaften der vorherrschende Mechanismus der Stammzell-unterstützten Sehnenheilung die tenogene Differenzierung der MSC sein kann.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Multipotente mesenchymale Stromazellen 2.1.1 Eigenschaften 2.1.2 Quellen und Charakterisierung 2.1.3 Therapeutisches Potential 2.2 Pathologie der equinen oberflächlichen Beugesehne 2.2.1 Tiermodell Pferd 2.2.2 Erkrankungen der equinen oberflächlichen Beugesehne 2.2.3 Die Bedeutung der Entzündungsreaktion 2.2.4 Die Bedeutung proinflammatorischer Zytokine und Leukozyten 2.3 Therapeutische Möglichkeiten zur Behandlung von Sehnenpathologien 2.4 Sehnen-Tissue Engineering 2.5 Induktion der tenogenen Differenzierung von MSC 2.6 Bioreaktorsysteme im Sehnen-Tissue Engineering 3 Zielstellung und Hypothesen 4 Tiere, Material und Methoden 4.1 Mesenchymale Stromazellen 4.1.1 Tiere 4.1.2 Material 4.1.3 Methoden 4.1.3.1 Auftauen von AT-MSC 4.1.3.2 Kultivierung von AT-MSC 4.1.3.3 Passagieren von AT-MSC 4.2 Equine oberflächliche Beugesehnen 4.2.1 Material 4.2.2 Methoden 4.2.2.1 Gewinnung von equinen OBS 4.2.2.2 Dezellularisierung von equinen OBS 4.2.2.3 Zuschnitt zu Sehnenscaffolds 4.3 Leukozyten 4.3.1 Spendertier 4.3.2 Material 4.3.3 Methoden 4.3.3.1 Blutentnahme 4.3.3.2 Leukozytenisolierung durch Dichtegradientenzentrifugation 4.3.3.3 Leukozytenstimulation 4.4 Versuchsaufbau 4.5 Aussaat von Scaffold- und Monolayerkulturen 4.5.1 Material 4.5.2 Methoden 4.5.2.1 Monolayerkulturen 4.5.2.2 Scaffoldkulturen 4.6 Bioreaktor 4.7 Stimulation und Stimulationsmuster 4.8 Zugabe von Zytokinen 4.9 Auswertung 4.10 Phasenkontrastmikroskopie und Zellzahlbestimmung 4.10.1 Material 4.10.2 Methoden 4.10.2.1 Automatisierte Auswerung von Aufnahmen der Phasenkontrastmikroskopie 4.10.2.2 Zellzahlbestimmung 4.11 Lebend/Tot-Färbung 4.11.1 Material 4.11.2 Methoden 4.11.2.1 Lebend/Tot-Färbung der Monolayerkulturen 4.11.2.2 Lebend/Tot-Färbung der Scaffoldkulturen 4.11.2.3 Auswertung 4.12 Histologie 4.12.1 Material 4.12.2 Methoden 4.12.2.1 Fixierung und Paraffineinbettung 4.12.2.2 Mikrotomschnitte 4.12.2.3 Hämatoxylin-Eosin-Färbung 4.12.2.4 Auswertung 4.13 Real-Time PCR 4.13.1 Material 4.13.2 Methoden 4.13.2.1 RNA-Isolierung aus Scaffoldkulturen 4.13.2.2 Zellaufschluss der Monolayerkulturen 4.13.2.3 cDNA-Synthese durch Reverse Transkription 4.13.2.4 Real-Time PCR 4.14 Tripotente Differenzierung 4.14.1 Material 4.14.2 Methoden 4.14.2.1 Zellaussaat, Kultivierung und Fixierung 4.14.2.2 Färbung der adipogenen Differenzierung 4.14.2.3 Färbung der osteogenen Differenzierung 4.14.2.4 Färbung der chondrogenen Differenzierung 4.14.2.5 Automatische Auswertung 4.15 Statistische Auswertung 5 Ergebnisse 5.1 Morphologie, Proliferation und Konfluenz der MSC 5.2 Lebend/Tot-Färbung 5.3 Hämatoxylin-Eosin-Färbung 5.4 Genexpression der muskuloskelettalen Marker 5.4.1 Monolayerkultur 5.4.2 Unstimulierte Scaffoldkultur 5.4.3 Stimulierte Scaffoldkultur 5.4.4 Vergleichende Analyse der Versuchsreihen 5.5 Tripotente Differenzierung 5.5.1 Adipogene Differenzierung 5.5.2 Chondrogene Differenzierung 5.5.3 Osteogene Differenzierung 6 Diskussion 6.1 Diskussion der verwendeten Methoden 6.2 Diskussion der Ergebnisse 6.3 Schlussfolgerung 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Literaturverzeichnis 10 Anhang 10.1 Herstellung von Reagenzien 10.2 RNA-Isolierung mittels RNeasy Mini Kit® 10.3 Färbeprotokolle 10.4 Herstellung von Silikonschalen 10.5 Extreme Ausreißerwerte der Genexpressionsanalysen 10.5.1 Monolayerkultur 10.5.2 Unstimulierte Scaffoldkultur 10.5.3 Stimulierte Scaffoldkultur Danksagung

In-vitro-Koinfektionsstudien mit Toxoplasma gondii und Eimeria tenella in primären Hühnermakrophagen Institut für Parasitologie der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Eingereicht im Feburar 2020 91 Seiten, 3 Publikationen, 2 eingreichte Manuskripte, 17 Abbildungen, 5 Tabellen, 188 Literaturangaben Schlüsselwörter: Toxoplasma gondii, Eimeria tenella, Koinfektion, Makrophagen, in vitro, Wirt-Parasit-Interaktion, Parasitenwachstum, Wirtsimmunantwort, Cell-imaging Einleitung: Toxoplasma gondii und Eimeria tenella sind intrazelluläre apikomplexe Parasiten, die in Hühnern weit verbreitet sind. Während Infektionen mit dem zoonotischen Erreger T. gondii beim Geflügel im Allgemeinen subklinisch verlaufen, kann E. tenella in Hühnerbeständen schwere Erkrankungen und wirtschaftliche Verluste verursachen. Aufgrund der hohen Seroprävalenz beider Parasiten bei Hühnern sind Koinfektionen wahrscheinlich. Hühnermakrophagen sind wichtig für die Wirtsimmunantwort gegen diese beiden Protozoen. Es ist jedoch wenig über die Wirt-Parasit- sowie Parasit-Parasit-Interaktion in Hühnermakrophagen während einer Koinfektion bekannt. Ziele der Arbeit: Ein geeignetes In-vitro-Koinfektionsmodell für T. gondii- und E. tenella-Infektionen in primären Hühnermakrophagen wurde erstellt und angewendet, um die Makrophagenantwort auf beide Parasitenarten und Koinfektionen zu untersuchen. Tiere, Material und Methoden: Von Monozyten abgeleitete Makrophagen wurden aus Hühnerblut isoliert und aufgereinigt. Eine Koinfektion mit zwei Tachyzoiten des RH-Stammes von T. gondii und zwei Sporozoiten des E. tenella-Houghton-Stammes pro Zelle wurde gleichzeitig oder nacheinander in vitro durchgeführt. Morphologische Veränderungen der Makrophagen und die Parasitenentwicklung wurden mittels Konfokalmikroskopie (CLSM) 2, 6, 12, 24, 48 und 72 Stunden nach Infektion (hpi) visualisiert. Die Parasitenvermehrung wurde evaluiert, indem die Expression des 529-bp-Fragments von T. gondii und des ITS-1-Genfragments von E. tenella durch qPCR bewertet wurden. Die Makrophagen-Phagozytose wurde durch Exposition gegenüber pH-sensitiven fluoreszierenden Biopartikeln stimuliert und durch ein dreidimensionales Modell unter Verwendung von CLSM und Imaris®-Software 2, 6, 12 und 24 hpi quantifiziert. Weiterhin wurden während der Infektion relevante Zytokine (IL-6, IL-10, IL-12, iNOS, TNF-α und IFN-γ) durch Genexpressionsanalyse 24, 48 und 72 hpi untersucht. Zusätzlich wurden die Zellinvasion durch und das Überleben von T. gondii im Verlauf einer sequentiellen Infektion evaluiert, indem Makrophagen zuvor der Infektion mit E. tenella ausgesetzt waren. Die Motilität invasiver Tachyzoiten wurde innerhalb von 20 hpi durch Live-Cell-Imaging verfolgt. Ergebnisse: Die Makrophagen zeigten eine deutliche immunologische Reaktion und Phagozytoseaktivierung ab 2 hpi. Signifikante Veränderungen der Morphologie mit erhöhter Zellvakuolisierung und -ablösung wurden ab 24 hpi während der Koinfektion beobachtet. Bei zuvor E. tenella-exponierten Makrophagen fiel auf, dass T. gondii bei hoher Motilität über 4 Stunden an der Makrophagenmembran anhaftete, bevor es zu einer Penetration kam. Ab 24 hpi vermehrten sich T. gondii in koinfizierten Makrophagen besser als E. tenella. Eine Koinfektion hemmte die Phagozytoseaktivität von Makrophagen nach 2 hpi erheblich, so dass Biopartikel nicht aufgenommen wurden (12 hpi). Mittels qPCR wurde gezeigt, dass bei sequenzieller Koinfektion 2 hpi circa 4-fach weniger T. gondii überlebten als bei Monoinfektion (P < 0,05). Die Anzahl beider Parasiten nahm während der simultanen Koinfektion zu, aber bei der sequentiellen Koinfektion war die Vermehrung von T. gondii im Vergleich zur Monoinfektion bis 24 hpi auf etwa die Hälfte reduziert. Bis 72 hpi verdoppelte sich die Anzahl von E. tenella, während T. gondii bei Koinfektion in diesem Zeitraum auf dem gleichen Niveau wie 48 hpi blieb. Die mRNA-Expression von iNOS (48 hpi), TNF-α (72 hpi) und von IL-10 (48 hpi und 72 hpi) war während der Koinfektion im Vergleich zur E. tenella Monoinfektion signifikant (P < 0,05) erhöht. Schlussfolgerungen: In dem Koinfektionsmodell wurde eine Interaktion zwischen T. gondii und E. tenella beobachtet. Zusätzlich zu den morphologischen Veränderungen und der Phagozytosehemmung der Makrophagen unterschieden sich die Parasitenvermehrung sowie die Zytokinexpression zwischen Koinfektion und Monoinfektion. E. tenella beeinträchtigt das aktive Eindringen von T. gondii in Wirtszellen, wie dies erfolgt, ist derzeit noch nicht geklärt. / In vitro co-infection studies on Toxoplasma gondii and Eimeria tenella in primary poultry macrophages Institute of Parasitology, Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Submitted in February 2020 91 pages, 3 publications, 2 submitted manuscripts, 17 figures, 5 tables, 188 references Keywords: Toxoplasma gondii, Eimeria tenella, co-infection, macrophages, in vitro, host-parasite interaction, parasite growth, host immune response, cell imaging. Introduction: Toxoplasma gondii and Eimeria tenella are intracellular apicomplexan parasites that are widely distributed in chicken. Whereas infections with the zoonotic pathogen T. gondii are generally subclinical in poultry, E. tenella may cause severe disease and economical loss in chicken herds. Due to the high seroprevelences with both parasites in chicken, co-infections are likely to exist. Chicken macrophages are essential in the host innate immune response against these two protozoa. However, little is known about the host-parasite and parasite-parasite interaction in chicken macrophages during co-infection. Objectives: A suitable in vitro model for both T. gondii and E. tenella infection in chicken primary macrophages was established and applied to study the course of infection in mono- or co-infection. Animals, materials and methods: Monocyte-derived macrophages were isolated and purified from chicken blood. Co-infection with two T. gondii RH strain tachyzoites and two E. tenella Houghton strain sporozoites per cell were performed simultaneously or sequentially in vitro. Morphologic alterations of macrophages and parasite development were visualized by confocal laser scanning microscopy (CLSM) at 2, 6, 12, 24, 48 and 72 hours post infection (hpi). Parasite growth was evaluated by assessing expression of the 529-bp fragment of T. gondii and ITS-1 gene fragment of E. tenella by qPCR in parallel. Macrophage phagocytosis was stimulated by exposure to pH sensitive fluorescent bioparticles and quantified by a three-dimensional model using CLSM and Imaris® software at 2, 6, 12 and 24 hpi. Furthermore, infection-related cytokines (IL-6, IL-10, IL-12, iNOS, TNF-α and IFN-γ) were evaluated by gene expression analysis at 24, 48, 72 hpi. The course of sequential infection was evaluated to determine cell invasion and survival of T. gondii in macrophages previously exposed to E. tenella sporozoites. Motility of invasive stages was tracked at the early phase of infection (within 20 hpi) by real time life cell imaging. Results：By cell imaging, macrophages displayed distinctly immunologic activation and phagocytosis at 2 hpi and thereafter. Significant changes of morphology with increased cell vacuolation and detachment were observed on 24 hpi during co-infection. T. gondii tachyzoites adhered for more than 4 hours to host cells displaying high motility instead of cell entry during the early sequential co-infection. However, T. gondii showed better replication than E. tenella in co-infected macrophages from 24 hpi onwards. Co-infection caused inhibition of phagocytosis by macrophages and bioparticles were not incorporated into co-infected cells at 12 hpi by CLSM. By qPCR, it was shown that approximately 4-fold less T. gondii survived in sequentially co-infected cultures at 2 hpi as compared to mono-infection (P < 0.05). Replication of both parasites increased during simultaneous co-infection whereas only half numbers of replicated T. gondii was found in sequential co-infection compared to mono-infection at 24 hpi. At the end of the study period (72 hpi), E. tenella multiplication tended to double increase while T. gondii replication was not distinctly altered during co-infection compared to 48 hpi. Expression of mRNA for iNOS at 48 hpi, for TNF-α at 72 hpi and for IL-10 at 48 and 72 hpi was significantly elevated during co-infection compared to mono-infection (P < 0.05). Conclusions：Mutual interaction between T. gondii and E. tenella were observed in the selected co-infection model. Increased macrophage stress may explain vacuolization and phagocytosis inhibition. In addition to morphologic alterations of macrophages, cytokine up/down- regulation differed between co-infected and mono-infected macrophage cultures. It appears that E. tenella, impairs the active penetration of T. gondii into host cells which deserves further study. The established in vitro infection model may serve to investigate host immune response of macrophages to diverse intracellular pathogens that infect chicken.

Einleitung: In den letzten Jahren wurde die farbkodierte Doppler-Sonographie als diagnostisches Verfahren zur Charakterisierung der ovariellen Perfusion von Kühen, Stuten und Hündinnen vielfach angewandt. Untersuchungsergebnisse dieser Studien zeigten nicht nur zyklusabhängige Veränderungen, sondern erwiesen sich ferner als geeignet, um die Ursache von Ovarpathologien zu analysieren. Im Gegensatz dazu wurden in der porzinen Reproduktionsmedizin bisher keine dopplersonographischen Untersuchungen der Ovarien durchgeführt. Ziele der Untersuchungen: Das Ziel dieser Arbeit war es, den ovariellen Blutfluss von Jungsauen mittels transabdominaler farbkodierter Doppler-Sonographie im Verlauf eines Sexualzyklus zu analysieren. Tiere, Material und Methoden: Die Ovarien von 15 geschlechtsreifen, hormonell synchronisierten Jungsauen wurden im darauf folgenden spontanen Zyklus täglich in einem mobilen Stand transabdominal mittels farbkodierter Doppler Ultrasonographie untersucht. Es wurden Videosequenzen von mindestens 4 Sekunden (s) aufgezeichnet. Diese wurden im Anschluss mit Hilfe der Software PixelFlux® innerhalb einer definierten „Region of Interest“ analysiert. Anhand der Anzahl, Farbe und Intensität der Pixel wurden nachfolgend genannte Blutflussparameter berechnet: Blutflussgeschwindigkeit, perfundierte Fläche und die Doppler-Indizes Resistenz- und Pulsatilitäsindex. Für die statistische Auswertung der Untersuchungsergebnisse wurde SPSS verwendet. Aufgrund variierender Längen der Zyklusphasen (d.h. Proöstrus, Östrus, Metöstrus und Diöstrus) der Jungsauen wurde der Tag der Ovulation als Tag „2“ des Sexualzyklus deklariert, die Phasen daran ausgerichtet und die dann jeweils verfügbaren Werte zwischen den Zyklustagen -3 - 17 analysiert. Die Ergebnisse wurden nach Bonferroni korrigiert und mittels Friedman und Wilcoxon Test untersucht. Auf Korrelationen zwischen den einzelnen Blutflussparametern wurde mittels Pearson oder Spearman Korrelationskoeffizienten getestet. Ergebnisse: Der ovarielle Blutfluss war zu jedem Untersuchungszeitpunkt messbar. Alle Blutflussparameter wiesen einen zyklusabhängigen Verlauf auf. Die Blutflussgeschwindigkeit und die durchblutete Fläche waren im Diöstrus am höchsten und im Östrus am niedrigsten. Diese Parameter korrelierten mittel bis stark positiv im Proöstrus und Östrus (r: 0,59 - 0,88; p<0,05). Der Resistenz-und Pulsatilitätsindex zeigten beide einen umgekehrt proportionalen Verlauf zu den zuvor genannten Blutflussparametern und korrelierten mittel bis stark negativ in einzelnen Zyklusabschnitten mit diesen (r: -0,58 - -0,76; p<0,05). Die Doppler-Indizes korrelierten untereinander im Östrus und Diöstrus stark positiv (r: 0,77 - 0,93; p<0,05). Schlussfolgerungen: Es ist zu schlussfolgern, dass die transabdominale farbkodierte Doppler-Sonographie ein geeignetes Verfahren zur Untersuchung der ovariellen Perfusion von Jungsauen ist. Es konnte nachgewiesen werden, dass sich der ovarielle Blutfluss von Jungsauen zyklusabhängig ändert und im Diöstrus am höchsten ist. Die Ergebnisse dieser Arbeit mögen helfen, etwaig perfusionsrelevante Erkrankungen des Ovars beim Schwein, wie Gelbkörperinsuffizienz, zu charakterisieren.

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Einleitung: Glioblastoma multiforme (GBM) gehören zu den häufigsten und bösartigsten Hirntumoren. Eine vollständige Heilung ist derzeit noch nicht möglich. Ziele: Es wurde ein orthotopes GBM-Xenotransplantat-Modell in der Maus etabliert, optimale Durchführungsprotokolle wurden erstellt und die Wachstumskinetik der Tumoren charakterisiert. Außerdem erfolgte eine lokale therapeutische Intervention mit Komplexen aus Polymeren und siRNAs (small interfering RNAs) bzw. AntimiRs (Anti-micro-RNAs) und der Verlauf wurde mittels Biolumineszenz-imaging (BLI) überwacht. Die tumortragenden Hirne wurden immunhistochemisch untersucht. Neben der Therapie wurden erstmals Tissue Slice Cokulturen aus Maushirnen mit orthotopen Xenotransplantaten hergestellt und durch immunhistochemische Untersuchungen bezüglich des Tumorwachstums und der Invasivität in das umliegende Normalgewebe charakterisiert. Des Weiteren wurde ein subkutanes (s.c.) Xenotransplantat-Modell etabliert, dessen Tumorwachstum mittels BLI überwacht wurde, welches eine therapeutische Applikation von PEI-komplexierten siRNAs enthielt und deren Tumoren mittels Messung der Proteinkonzentration und der Lumineszenz charakterisiert wurden. Mit dieser Arbeit wurden durch die Verwendung von siRNAs bzw. AntimiRs im Rahmen der RNA-Interferenz Strategien entwickelt, mit denen eine Grundlage für die spezifisch auf ein bestimmtes Gen gerichtete GBM-Therapie geschaffen werden konnte. Tiere, Material, Methoden: In insgesamt 190 immundefizienten Mäusen wurden s.c. und orthotope Xenotransplantate aus der Reporterzelllinie G55T2-Luc-GFP hergestellt. Eine Behandlungsgruppe mit s.c. Xenotransplantaten bestand aus 7-8 Tieren. Die Behandlungsgruppe erhielt intraperitoneale (i.p.) Injektionen des PEI-siRNA-Komplexes LP10Y-siLuc3 (LP10Y: AG Aigner, Universität Leipzig, Deutschland, siLuc3: Eurogentec, Belgien), während die Negativkontrollgruppe (NC) i.p. Injektionen mit dem Komplex LP10Y-siLuc2 erhielt. Diese Behandlung erfolgte 3 x wöchentlich über 6-12 d. Das Wachstum der Tumore wurde mit BLI in vivo verfolgt und die Lumineszenz im zeitlichen Verlauf gemessen. Die Tumore wurden lysiert und deren Lumineszenz bezogen auf die Proteinkonzentration gemessen. Für das orthotope Xenotransplantat wurde eine Schraube mit Führungskanal (Screw guide, Plastics One, USA) 1 mm rostral und 2 mm lateral des Bregmas stereotaktisch implantiert. Mit einer Mikroinfusionspumpe und einer Mikrodosierspritze wurden die Zellen über den Führungskanal mit 12 µl/ h in das rechte Striatum injiziert. 5-7 d nach der Inokulation der Zellen erfolgte das Einbringen von 3 µl der PEI-AntimiR bzw. siRNA-Komplexe PEI/antimiR-155-Komplex (PEI: AG Aigner, Universität Leipzig, Deutschland, AntimiR 155-ZEN: Integrated DNA Technologies, USA) bzw. LP10Y-siPLK1 (PLK1: Eurogentec, Belgien). Die Tiere der NC wurden mit den Komplexen PEI/antimiR-NC5-Komplex bzw. LP10Y-siLuc3 behandelt. Zum Vergleich wurde eine Gruppe gar nicht behandelt. Die Behandlung erfolgte 3 x wöchentlich über 12 d. Eine Behandlungsgruppe bestand aus 10 randomisiert verteilten Tieren. Das Wachstum wurde in vivo mit BLI verfolgt. Die Hirne wurden entnommen und mit einem Vibratom Gewebeschnitte erstellt, die mit Kresylviolett gefärbt und an denen mit einer Bildbearbeitungssoftware die Tumorflächen ausgemessen wurden. Außerdem wurden mit einem Mikrotom Paraffinschnitte hergestellt und diese immunhistochemisch beurteilt. Es wurden Tissue Slice Cokulturen aus unbehandelten Tumoren und gesundem Gewebe des Striatums bzw. Cortex erstellt und aus diesen ebenfalls Paraffinschnitte hergestellt, welche immunhistochemisch beurteilt wurden. Ergebnisse: Es konnte gezeigt werden, dass ein Tumorwachstum s.c. injizierter GBM-Zellen in vivo mit BLI verfolgt werden kann und dass die siRNA siLuc3 mit LP10Y erfolgreich in G55T2-Luc-GFP eingeschleust wurde. Bei der Untersuchung der Luciferaseaktivität bezogen auf die Proteinkonzentration der lysierten s.c. Tumoren konnte eine Reduktion der Lumineszenz in der Behandlungsgruppe nachgewiesen werden. Das orthotope Xenotransplantat-Modell wies eine Tumoranwuchsrate von bis zu 96 % und eine Mortalitätsrate von bis zu 0 % auf. Das Tumorwachstum konnte nicht in vivo mit BLI verfolgt werden, da die umliegenden Gewebe die Lumineszenz vollständig abschirmten. Bei den Behandlungen mit LP10Y-siPLK1 und dem PEI/antimiR-155-Komplex konnte histologisch eine Reduktion der Tumorgröße und immunhistochemisch Apoptose und eine Tendenz zur Reduktion der Proliferation und Migration nachgewiesen werden. In der Behandlungsgruppe mit LP10Y-siPLK1 konnte außerdem eine verminderte Expression von PLK1 im Tumorgewebe und eine gesteigerte Überlebensrate nachgewiesen werden. Mit den Tissue Slice Cokulturen konnte festgestellt werden, dass die Xenotransplantate in den verschiedenen Hirnabschnitten unterschiedliches Migrationsverhalten zeigen. Die auf dem Cortex wachsenden Tumore waren kleiner als die auf dem Striatum wachsenden Tumore, wiesen jedoch mehr Migration in das umliegende Hirngewebe und mehr raumforderndes Wachstum im Verhältnis zum nicht raumfordernden Wachstum auf. Das Verhältnis der migrierenden Zellen zur Länge des Tumors des Xenotransplantats im Cortex wies höhere Werte auf als das im Striatum. Schlussfolgerungen: LP10Y eignet sich zur Einschleusung von siRNA und könnte ein vielversprechendes Nano-Therapeutikum darstellen. Das BLI von Luciferase exprimierenden, s.c. Tumoren ist ein gutes Verfahren zur Verfolgung der Wachstumskinetik. Es scheint sich jedoch nicht zur Untersuchung der Transfektionseffizienz von PEI-Komplexen zu eignen, da die Erscheinungsform von Glioblastomen mit Einblutungen, Nekrosen und Zysten sehr verschieden sein kann. Es ist also möglich dass die Tumoren unterschiedlich viele lebende Zellen pro Volumen mit entsprechender Luciferaseaktivität aufweisen. Alternativ dazu ist das Untersuchungsmodell der Lumineszenz bezogen auf die Proteinkonzentration lysierter Tumoren ein geeignetes Verfahren für die Quantifizierung der Luciferaseaktivität und der Transfektionseffizienz von PEI-Komplexen in GBM. Das im Zuge dieser Arbeit etablierte orthotope Xenotransplantat-Modell ist ein valides Modell mit verschiedenen Eigenschaften humaner GBM. Die Ergebnisse aus den Behandlungen der orthotopen GBM mit den PEI-siRNA bzw. AntimiRKomplexen sprechen für eine gute biologische Aktivität, niedrige Zytotoxizität, eine gute Knockdowneffizienz und somit auch therapeutische Effizienz der Komplexe in vivo. Das orthotope Xenotransplantat-Modell und die Tissue Slice Cokulturen stellen geeignete, gut reproduzierbare und genetisch unmanipulierte Modelle dar, welche die Untersuchung von Wachstums- und Migrationsverhalten mit und ohne therapeutische Intervention, sowie des Behandlungserfolges erlauben. Beide Polymere könnten vielversprechende Nano-Therapeutika darstellen. Ein neues exvivo-Modell, in dem die GBM in ihrer natürlichen Umgebung gewachsen sind und sich in der Cokultur weiterhin sehr ähnlich der Originalsituation verhalten können, wurde etabliert. Für die Statistiken wurde, zum Vergleich von Gruppen, der One-Way ANOVA-Test von SigmaPlot 13 verwendet.

Klauenerkrankungen sind die Hauptursache für Lahmheiten bei Milchkühen und eine der Hauptabgangsursachen in den Betrieben. Für die Erkennung und Prävention von Lahmheiten sind ein biomechanisches Verständnis und präventive Optionen notwendig. Die biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenz-kinematografie (HFK) stellt ein neuartiges Verfahren dar, welches Vermessungen von knöchernen Strukturen an lebenden Tieren während der Fortbewegung mit einer sehr hohen Präzision ermöglicht. In Kombination mit Computertomografie gestützten Knochenaufnahmen können dreidimensionale Animationen von Knochen-bewegungen angefertigt werden, um die Biomechanik der Klaue zu erforschen. Der Goldstandard, die markerbasierte Animation, erfordert die Implantation von drei röntgendichten Markern in den zu untersuchenden Knochen, daher ist die Anwendbarketi bei lebenden Tieren limitiert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, nichtinvasive Rekonstruktionsmethoden der bovinen distalen Gliedmaße einzusetzen und zu evaluieren. Mit Kenntnis der Animationsdaten sollte die Analyse der Lokomotion lebender Rinder erfolgen, um erstmals Bewegungsumfänge in den proximalen und distalen Interphalangealgelenken zu bestimmen. Die vorliegende Studie zeigt, dass Flexion und Extension die Hauptbewegungsrichtungen in den proximalen und distalen Interphalangealgelenken des Rindes sind, jedoch auch extrasagittale Bewegungen in nennenswerten Umfängen auftreten. Extrasagittale Bewegungen spielen für das Kompensieren mediolateraler Imbalancen eine Rolle.:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 2 2.1 Anatomie und Biomechanik der Klaue des Rindes 2 2.1.1 Biomechanisch relevante Strukturen der distalen Vordergliedmaße des Rindes 2 2.1.1.1 Knöcherne Strukturen der distalen Vordergliedmaße 2 2.1.1.2 Gelenke der distalen Vordergliedmaße 2 2.1.1.3 Muskeln der distalen Vordergliedmaße 4 2.1.2 Der Klauenschuh und die Fußung der Klaue 7 2.1.3 Bewegungsablauf von Kühen 10 2.2 Klaue Boden Interaktion 12 2.2.1 Bedeutung von Untergründen für die Bewegung des Rindes 12 2.2.2 Bedeutung von Untergründen für das Wohlbefinden des Rindes 13 2.2.3 Bedeutung von Untergründen für die Klauengesundheit 16 2.3 Methoden zur Analyse kinematischer Prozesse 19 2.3.1 Bisherige Verfahren zur Analyse kinematischer Prozesse 19 2.3.2 Biplanare Hochfrequenz Fluoreszenzkinematografie 21 2.3.2.1 Markerbasierte Animation 23 2.3.2.2 Markerlose Animation 25 3 Tiere, Material, Methoden 30 3.1 Tiere 30 3.2 Evaluierung markerloser Animationsmethoden ex vivo 31 3.2.1 Markerimplantation 31 3.2.2 Computertomografie und Knochenmodelle 32 3.2.3 Biplanare Hochfrequenz Fluoreszenzkinematografie 32 3.2.4 Dreidimensionale Animation der distalen Gliedmaße 34 3.2.4.1 Markerbasierte Animationsmethode 34 3.2.4.2 Markerlose Animationsmethoden 35 3.2.5 Datenanalyse 38 3.2.6 Statistische Auswertung 40 3.3 Untersuchung der Gelenkwinkeländerung auf Beton und Gummiboden in vivo 41 3.3.1 Markerimplantation 41 3.3.2 Computertomografie und Knochenmodelle 41 3.3.3 Biplanare Hochfrequenz Fluoreszenzkinematografie 42 3.3.4 Markerbasierte Animationsmethode 42 3.3.5 Markerlose, manuelle dreidimensionale Animationmethode 43 3.3.6 In vivo Messungen der Gelenkwinkel auf Beton und Gummiboden 44 4 Ergebnisse 48 4.1 Evaluierung markerloser Animationsmethoden ex vivo 48 4.1.1 Dreidimensionale Animation 48 4.1.2 Abweichung beider markerlosen Animationsmethoden für Translation 49 4.1.2.1 Euklidische Translationswerte beider markerlosen Animationsmethoden 49 4.1.2.2 Translationswerte in X, Y und Z-Richtungen beider markerlosen Animationsmethoden 52 4.1.2.3 Translationswerte beider markerlosen Animationsmethoden zwischen linker und rechter Knochenseite 53 4.1.3 Abweichung beider markerlosen Animationsmethoden für Rotation 55 4.1.3.1 Euklidische Rotationswerte beider markerlosen Animationsmethoden 55 4.1.3.2 Rotationswerte in X, Y und Z-Richtung beider markerlosen Animationsmethoden 57 4.1.3.3 Rotationswerte beider markerlosen Animationsmethoden zwischen linker und rechter Knochenseite 58 4.2 Untersuchung der Gelenkwinkel auf Beton und Gummiboden in vivo 60 4.2.1 Gelenkwinkel in den proximalen Interphalangealgelenken 61 4.2.1.1 Gelenkwinkel in den proximalen Interphalangealgelenken auf Beton 62 4.2.1.2 Gelenkwinkel in den proximalen Interphalangealgelenken auf Gummiboden 65 4.2.1.3 Vergleich des Bewegungsumfangs der proximalen Interphalangealgelenke auf Beton und Gummiboden 68 4.2.2 Gelenkwinkel in den distalen Interphalangealgelenken 70 4.2.2.1 Gelenkwinkel in den distalen Interphalangealgelenken auf Beton 70 4.2.2.2 Gelenkwinkel in den distalen Interphalangealgelenken auf Gummiboden 73 4.2.2.3 Vergleich des Bewegungsumfangs der distalen Interphalangealgelenke auf Beton und Gummiboden 75 5 Diskussion 77 5.1 Methodik 77 5.1.1 Biplanare Hochfrequenz Fluoreszenzkinematografie 78 5.1.2 Nichtinvasive Animationsmethoden 80 5.1.3 Gelenkwinkel der Interphalangealgelenke in vivo 81 5.2 Ergebnisdiskussion 82 5.2.1 Manuelle Animationsmethode ex vivo 83 5.2.2 Semiautomatische Animationsmethode ex vivo 84 5.2.3 Vergleich beider markerlosen Verfahren ex vivo 85 5.2.4 Gelenkwinkel in den Interphalangealgelenken in vivo 88 5.2.4.1 Gelenkwinkel in den proximalen Interphalangealgelenken 88 5.2.4.2 Gelenkwinkel in den distalen Interphalangealgelenken in vivo 90 5.2.4.3 Vergleich des Bewegungsumfangs der Interphalangeal- gelenke auf Beton und Gummiboden 92 5.3 Schlussfolgerungen und Ausblick 95 6 Zusammenfassung 97 7 Summary 99 8 Literaturverzeichnis 101 9 Anhang 115

Differenzierung aviärer Brachyspiren mit PCR-basierten Methoden und MALDI-TOF-MS