Beschreiben Sie die Projektziele (z. B. Erforschung wissenschaftlicher Unbekannter oder Deckung eines wissenschaftlichen oder klinischen Bedarfs).
Synapsen sind Kommunikationsstellen zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer Nichtnervenzelle (z.B. Muskel- oder endokrine Zelle). Die Bildung von Synapsen während der Entwicklung oder Regeneration des Nervensystems sind Grundlage der Funktion von Muskulatur und damit lebensnotwendig. Funktionelle Veränderung an Synapsen sind die Ursache für viele Erkrankungen in der Muskulatur wie Friedreich Ataxia, Myasthenia gravis oder Muskeldystrophie. Die Erforschung der Mechanismen und Faktoren, die der Degeneration und Regeneration von Synapsen zugrunde liegen ist deshalb für die Grundlagenforschung von Bedeutung. Ziel ist es die Regeneration und Degeneration von Synapsen peripheren Nervensystem zu untersuchen.
Muskelspindeln sind Mechanosensoren die Informationen über die Lage der Extremitäten im Raum liefern. Sie sind für jede koordinierte Bewegung unerlässlich. An der Neuromuskulären Synapse, die auch in Muskelspindeln vorhanden ist, studieren wir die Regeneration und Degeneration von Synapsen. Mittels eines Mausmodels das eine Mutation im Frataxin-Gen (fxn-Gen) aufweist, entwickeln die Tiere ein Krankheitsbild das beim Menschen als Friedreich Ataxia bekannt ist. Eine Veränderung dieses Gens führt zu einer Störung der Mitochondrien-funktion und damit letztendlich zu einer Schädigung der sensorischen Nervenendigungen in Muskelspindeln. Dies führt zu unkoordinierten Bewegungen, Gangunsicherheiten, Haltungsbeeinträchtigungen und Tremoren. Durch Gentherapie ist es möglich die Mutation im fxn-Gen des Mausmodels wiederherzustellen. Dies ermöglicht es uns, die Regeneration und Degeneration von Muskelspindeln im selben Mausmodel zu untersuchen.
Welcher potenzielle Nutzen dürfte sich aus diesem Projekt ergeben? Erläutern Sie, wie das Projekt die Wissenschaft voranbringen oder welcher Nutzen sich letztlich für Menschen, Tiere oder die Umwelt ergeben könnte. Bitte gegebenenfalls zwischen kurzfristigem Nutzen (während der Projektlaufzeit) und langfristigem Nutzen (der sich nach Abschluss des Projekts ergeben könnte) unterscheiden.
Kurzfristig werden die Ergebnisse dieser Studie für Wissenschaftler und Mediziner von Nutzen sein, die die Mechanismen der Bildung, Regeneration und Degeneration von Synapsen untersuchen und versuchen, neue Behandlungsmethoden für synaptische Erkrankungen zu entwickeln.
Bei welchen Verfahren werden die Tiere üblicherweise verwendet (z. B. Injektionen, chirurgische Eingriffe)? Geben Sie die Anzahl und die Dauer dieser Verfahren an.
Die Tiere werden nur einem Verfahren unterzogen, nämlich der Zucht und Haltung dieser Tiere.
Welche Auswirkungen/Schäden sind für die Tiere zu erwarten (z. B. Schmerzen, Gewichtsverlust, Inaktivität/eingeschränkte Mobilität, Stress, ungewöhnliches Verhalten) und wie lange halten diese Auswirkungen an?
Tiere mit einer Frataxin-Defizienz zeigen Schäden und Belastungen durch die genetische Veränderung. Das Körpergewicht der Tiere entwickelt sich zwar normal im Vergleich zu genetisch nicht veränderten Tieren. Ab 6 Wochen kann aber ein allgemeiner Verlust der Koordination beobachtet werden und ab 8 Wochen konnten Tremore erkannt werden die sich progressiv verschlechtern. Für unsere Untersuchungen ist ein Alter von 11,5 Wochen allerdings ausreichend, sodass im Zuge der von uns geplanten Versuche die Tiere nicht älter als 11,5 Wochen gehalten werden und nur eine geringe Belastung anzunehmen ist.
Welche Arten sollen verwendet werden und wie hoch ist die Anzahl der zu verwendenden Tiere? Welche Schweregrade werden erwartet und wie hoch ist die Anzahl der Tiere je Schweregrad (nach Art)?
Art
Gesamtzahl
Geschätzte Anzahl je Schweregrad
Keine Wiederherstellung der Lebensfunktion
Gering
Mittel
Schwer
Was geschieht mit den am Leben bleibenden Tieren am Ende des Verfahrens?
Art
Geschätzte Anzahl der Tiere, die erneut verwendet, in den Lebensraum/das Haltungssystem zurückgebracht oder privat untergebracht werden.
Erneut verwendet
Zurückgebracht
Privat untergebracht
Begründen Sie den geplanten Verbleib der Tiere nach Abschluss des Verfahrens.
Alle Tiere werden nach Abschluss des Verfahrens getötet und die Organe und Gewebe für weitere Analysen gesammelt.
Anwendung des Grundsatzes der Vermeidung, Verminderung und Verbesserung (3R-Prinzip)
1. Vermeidung
Geben Sie an, welche tierversuchsfreien Alternativen in diesem Bereich verfügbar sind und warum sie nicht für die Zwecke des Projekts angewendet werden können.
Die Bildung von Synapsen im sich entwickelnden Nervensystem beruht auf dem Austausch von Signalen durch die miteinander kommunizierenden Zellen. Dies geschieht häufig (zum Beispiel an der neuromuskulären Endplatte) durch die Sekretion von Komponenten der Extrazellulären Matrix. In Zellkultur ist dies nicht zu reproduzieren, unter anderem weil die Extrazelluläre Matrix nicht in der Weise gebildet wird, wie in einem 3-dimensionalen in vivo System. Dies liegt daran, dass nach der Sekretion die Komponenten der Extrazelluläre Matrix nicht adäquat stabilisiert werden können und daran, dass die Synapsen-bildung ein langer Prozess ist, der an der Neuromuskulären Endplatte viele Tage dauert ? länger, als die beteiligten Zellen in Kultur am Leben gehalten werden können. Der Prozess ist außerdem komplex und benötigt neben den sekretierten Faktoren auch synaptische Aktivität. Ohne synaptische Kommunikation bleibt die Synaptogenese unvollständig. Notwendig ist dabei die sensorische Information aus den verschiedenen Sinnesorganen. Diese Vorgänge können nur limitiert in Kulturen reproduziert werden. Es existiert deshalb kein geeignetes in vitro Modell zur Bildung von Synapsen, besonders an der neuro-muskulären Endplatte und zur Bildung von Muskelspindeln. Stattdessen sind genetisch veränderte Mauslinien unabdingbar, um das Verhalten der Zellen im komplexen Funktionszusammenhang im Organismus zu verstehen.
Die sensorische Leistung von Muskelspindeln kann nur im gesamten Organismus multisystemisch untersucht werden, da diese Leistung auf dem Zusammenspiel mehrere Zelltypen (Muskelgewebe, sensorische Afferenzen, motorische Efferenzen), Geweben und Organen beruht und sich die komplexen 3-dimensionalen Strukturen in Zellkultur nicht ausbilden. Da sich außerdem pathologische Veränderung unter anderem im motorischen Verhalten wir Gehen oder Stehen wiederspiegeln, spielen verschiedene Einflüsse wie die Interaktion der Skelettmuskulatur, visuelle Rückkopplung und die Verarbeitung dieser Informationen im Kortex eine Rolle. Bisher ist noch kein in vitro System bekannt, das all diese Faktoren im Zusammenspiel berücksichtigen kann. Auch existiert kein System das die Genese und Vermehrung von Muskelspindeln in einer Kultur ermöglicht. Daher ist die Verwendung von geeigneten Modelorgansimen, hier Mausmodelle, unabdingbar.
2. Verminderung
Erläutern Sie, wie die Anzahl der Tiere für dieses Projekt festgelegt wurde. Beschreiben Sie die Schritte, die unternommen wurden, um die Anzahl der zu verwendenden Tiere zu verringern, sowie die Grundsätze für die Konzeption von Studien. Beschreiben Sie gegebenenfalls die Praktiken, die während des gesamten Projekts angewandt werden, um die Anzahl der Tiere, die entsprechend den wissenschaftlichen Zielen verwendet werden sollen, so gering wie möglich zu halten. Diese Praktiken können z. B. Pilotstudien, Computermodelle, die gemeinsame Nutzung von Geweben und die erneute Verwendung umfassen.
Dieses Projekt wurde so konzipiert, dass möglichst wenig Tiere verwendet werden und gleichzeitig sichergestellt ist, dass wissen-schaftlich relevante Ergebnisse erzielt und die Ziele der Studie erreicht werden können. Die statistischen Berechnungen wurden auf der Grundlage der Ergebnisse ähnlicher Studien in diesem Bereich durchgeführt. Wenn möglich, werden die aus den Mäusen gewonnenen Organe konserviert und für spätere Tests aufbewahrt, um möglichst viele Daten von jedem Tier zu erhalten
3. Verbesserung
Nennen Sie Beispiele für spezifische Maßnahmen (z. B. verstärkte Überwachung, postoperative Betreuung, Schmerzbehandlung, Training der Tiere) in Bezug auf die Verfahren, um die Auswirkungen auf das Wohlergehen der Tiere (Schäden) so gering wie möglich zu halten. Beschreiben Sie die Mechanismen zur Einführung neuer Verbesserungsmethoden während der Projektlaufzeit.
Zu Beginn eines jeden Verfahrens wird der allgemeine Gesundheits-zustand der Tiere erfasst. Die Tiere mit dem mutierten Frataxin Gen, werden nur bis zu einem Alter von 11,5 Wochen gehalten und untersucht. Das sich durch den progressiven Verlauf der Erkrankung der Gesundheitszustand verschlechtert, soll so verhindert werden, dass die Tiere mittleren Belastungen ausgesetzt werden. Es werden regelmäßig Literaturrecherchen durchgeführt, um neue Verbesserungs-möglichkeiten für dieses Projekt zu ermitteln. Zudem werden die Forscher an Fortbildungen teilnehmen, um sich über neue Verbesserungsmöglichkeiten und veränderte Leitlinien für bewährte Verfahren zu informieren.
Bitte erläutern Sie die Wahl der Arten und entsprechenden Lebensabschnitte.
Mäuse stehen dem Menschen stammesgeschichtlich nahe. Die im Mausmodell erzielten Ergebnisse lassen sich in vielen Fällen gut auf den Menschen übertragen. Die Strukturen im zentralen- und peripheren Nervensystem, die Ziel der Untersuchungen sind, existieren nur bei Säugetieren, daher können diese nicht an anderen Modellorganismen wie Taufliegen oder Zebrabärbling durchgeführt werden. Des Weiteren sind genetisch veränderte Mausmodelle für die Erforschung der Mechanismen der Bildung von Synapsen und als erstes Modellsystem für genetisch bedingte Krankheiten unerlässlich und in diesem Bereich der Forschung sehr gut etablierte Modellorganismen, die eine Übertragung der gewonnenen Daten auf den Menschen vereinfachen.
Frataxin-defiziente Tiere werde werden nur bis zu einem Alter von 11,5 Wochen gehalten, da die Tiere bis dahin den sogenannten H-Reflex (auch Hoffmann Reflex genannt) verloren haben. Der H-Reflex ist eine elektrisch ausgelöste Reflexantwort, die aufgrund der afferenten Nervenzellen, deren synaptische Umschaltung auf efferente Nervenzellen im Rückenmark, Aufschlüsse über die Funktion der Nervenbahnen gibt. Die aus Muskelspindeln stammenden Afferenzen senden nach elektrischer Reizung Signale an die im Rückenmark liegenden Motorneuronen aus, die ihrerseits ein Signal an den Muskel zurücksenden und dort eine leicht messbare Kontraktion verursachen. Eine Verlangsamung oder ein Ausbleiben des H-Reflexes beruht häufig auf einem Verlust der Myelinisierung oder auf einer Degeneration der sensorischen Nerven ? unter anderem denen aus Muskelspindeln. Da wir diese Muskelspindeln untersuchen, ist das Alter von 11,5 Wochen ausreichend. Der ausbleibende H-Reflex zeigt, dass zu diesem Zeitpunkt die sensorischen Nervenzellen der Muskelspindeln degeneriert sind.
Projekt für RB vorgeschrieben?
Gründe für die rückblickende Bewertung
Umfasst schwere Verfahren
Verwendung von nichtmenschlichen Primaten
Erläuterung des anderen Grundes für die rückblickende Bewertung