Bovine Dermatitis digitalis (DD) ist eine weltweit verbreitete Infektionskrankheit bei Rindern, die primär die plantare Haut über dem Kronenrand nahe des Zwischenzehenspalts der Hinterklauen betrifft. Schmerzhafte ulzero-proliferative Läsionen mit akuten und chronischen Erscheinungsformen führen zu Verhaltensänderungen und Lahmheit der Tiere. DD hat damit einen erheblichen Einfluss auf deren Wohl und ihre Leistungen. Zahlreiche Untersuchungen zur Ätiologie der Krankheit ergaben, dass es sich um das Zusammenspiel verschiedener Ursachen handelt. Einer synergistischen multifaktoriellen Infektion mit starker Beteiligung von Bakterien der Gattung Treponema kommt dabei besondere Bedeutung zu. Aspekte wie Tierhaltung, Hygienestandards und genetische Prädispositionen wurden ebenfalls intensiv untersucht. Nichtsdestotrotz bleiben Infektionsherde, Transmissionsrouten und Pathomechanismen weitgehend unklar. Zum besseren Verständnis der Ereignisse, die zu DD-Läsionen führen, sollte im Zuge dieser Arbeit ein organotypisches Zellkulturmodell der bovinen Haut erstellt werden, welches in späteren Versuchen mit dem Krankheitserreger zum Einsatz kommen soll.
Verlässliche und reproduzierbare Techniken zur Isolation und Kultur von bovinen primären Keratinozyten und Fibroblasten wurden etabliert; geeignete Zellkulturmedien für die Langzeitkultivierung und –aufbewahrung der Hautzellen wurden identifiziert. Zur Erstellung des Hautmodells wurden zwei verschiedene Ansätze miteinander verglichen. Der zweite Ansatz, bei dem Keratinozyten direkt auf ein dermales Äquivalent, d.h. ein Pad aus bovinem Kollagen I mit eingesäten post-mitotischen Fibroblasten, gesät wurden, brachte ein vielversprechendes Hautmodell hervor. Die inkorporierten post-mitotischen Fibroblasten wiesen eine charakteristische Zellmorphologie mit intakten Nuklei auf. Die terminale Differenzierung der Keratinozyten auf dem dermalen Äquivalent wurde mittels Immunfluoreszenzfärbungen mit Antikörpern gegen die Markerproteine Keratin 14 und Desmoglein 1 gezeigt. Die Ergebnisse erster Experimente mit Treponema spp. verdeutlichen, dass das Hautäquivalent ein geeignetes Modell zur Untersuchung der Pathogenese der DD darstellt. / Bovine digital dermatitis (DD) is a worldwide occurring, infectious disease in cattle primarily affecting the plantar skin above the coronary band near the interdigital cleft on hind feet. Painful ulceroproliferative lesions with acute and chronic appearances lead to behavioral changes and lameness. Hence, DD has a major impact on animal welfare and performance. Substantial efforts in investigating the etiology of the disease revealed a synergistic origin with evidence for a multibacterial infection and the strong involvement of bacteria from the genus Treponema. As the interaction between host, pathogen and environment is not negligible, surrounding circumstances such as housing, general hygiene and genetic predispositions have been investigated intensively. Nevertheless, infection reservoirs, transmission routes and pathomechanisms remain widely unclear.
To better understand the cellular and molecular events during Treponema-infection of bovine skin, it was the specific aim of this study to establish an organotypic in vitro skin model, which could be challenged with the causative agent of the disease.
A technique to reliably and reproducibly isolate primary keratinocytes and fibroblasts from the site of infection was established. Appropriate cell culture media for the long-term cultivation and storage of bovine skin cells were identified. Two different methods to develop the skin model were compared. The second strategy in which keratinocytes were directly seeded on top of a dermal equivalent, i.e. a bovine collagen type I pad with embedded post-mitotic fibroblasts, gave rise to a promising organotypic skin equivalent. The incorporated post-mitotic fibroblasts showed a characteristic cell morphology with intact nuclei. The terminal differentiation of the keratinocytes on top of the dermal equivalent was shown with anti-K14 and anti-Dsg1 immunofluorescence stainings. The results of initial Treponema-experiments proved that the skin equivalent is a suitable model to investigate the underlying mechanisms during Treponema-infection of bovine skin and hence, the pathogenesis of DD.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:37774 |
| Date | 22 January 2020 |
| Creators | Baumbach, Christina-Marie |
| Contributors | Magin, Thomas, Mülling, Christoph K.W., Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:masterThesis, info:eu-repo/semantics/masterThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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