Entwicklung eines Laufrad-basierten Maus-Modells zur Untersuchung der Effekte von Botulinum-Neurotoxinen
Development of a running wheel based mouse model to study the effects of botulinum neurotoxins
by Marie-Christine Reinert
Date of Examination:2017-03-23
Date of issue:2017-03-23
Advisor:Prof. Dr. David Liebetanz
Referee:Prof. Dr. David Liebetanz
Referee:Prof. Dr. Jens Schmidt
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-6209
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Abstract
English
Botulinum neurotoxins are increasingly used therapeutically and approved for more and more indications in therapy. The research interest in this area is correspondingly high. In order to optimize the efficacy of the toxin and for further development of pharmacological preparations, investigations closely related to the clinical use are necessary. On the other hand there ist an approach of reducing number and suffering of test animals. The development of new methods for the BoNT investigation and, in particular, the departure from the LD50 test are therefore an important component of the current BoNT research. In this work, a running wheel based mouse model was developed which is able to assess the potency and the duration of the toxin effect as well as the course of action after intramuscular injection of low-dose BoNT. The change in the maximum velocity with respect to an initial level achieved by training is used as tha main parameter. For this, voluntary running in complex running wheels with irregularly arranged struts is analyzed. The method captures all steps of the BoNT effect. In addition, the dosage and injection localization as well as the fact that the measured motor activity represents a physiological movement of the animal is very close to clinical questions. The reproducibility and stability of the method shown in this work have the advantage that experimental animals can be used several times and no influence by age or weight differences must be expected. The applicability of the method is demonstrated by the example of a clinically relevant question. Thus, in contrast to some other studies, this study showed no effect of increased neuromuscular activity after the injections.
Keywords: botulinum neurotoxin; running wheel; mouse LD50 test; in-vivo method; intramuscular injections; BoNT/A; neurotoxin
German
Botulinum-Neurotoxine werden zunehmend häufiger therapeutisch eingesetzt und für immer mehr Indikationen in der Therapie zugelassen. Entsprechend groß ist auch das Forschungsinteresse in diesem Bereich. Zur Wirksamkeitsoptimierung und Weiterentwicklung der pharmakologischen Präparate sind Untersuchungen mit engem Bezug zur klinischen Anwendung notwendig. Dieser Anspruch steht in einem ethischen Spannungsfeld zu dem Ansatz, Anzahl und Leiden von Versuchstieren zu reduzieren. Die Entwicklung neuer Methoden zur BoNT-Untersuchung und insbesondere die Abkehr vom LD50-Test sind daher ein wichtiger Baustein der aktuellen BoNT-Forschung. In dieser Arbeit wurde ein Laufrad-basiertes Maus-Modell entwickelt, welches in der Lage ist, nach intramuskulärer Injektion von niedrig dosiertem BoNT die Wirkstärke und die Dauer des Toxin-Effekts sowie den Wirkungsverlauf zu beurteilen. Genutzt wird dabei die Veränderung der Maximalgeschwindigkeit in Bezug auf ein zuvor durch Training erreichtes Ausgangslevel. Hierfür wird freiwilliges Laufen in komplexen Laufrädern mit irregulär angeordneten Streben analysiert. Mit der Methode werden alle Schritte der BoNT-Wirkung erfasst. Darüber hinaus besteht bezüglich der Dosierung und der Injektionslokalisation sowie dadurch, dass die gemessene motorische Aktivität einen physiologischen Bewegungsablauf des Tieres darstellt, eine große Nähe zu klinischen Fragestellungen. Die in dieser Arbeit gezeigte Reproduzierbarkeit und Stabilität der Methode bieten unter anderem den Vorteil, dass Versuchstiere mehrfach verwendet werden können und keine Abweichung durch Alters- oder Gewichtsunterschiede erwartet werden müssen. Die Einsetzbarkeit der Methode konnte am Beispiel einer klinisch relevanten Fragestellung demonstriert werden. So zeigte sich in dieser Arbeit im Gegensatz zu einigen anderen Studien kein Einfluss erhöhter neuromuskulärer Aktivität nach den Injektionen auf den Toxin-Effekt.
Schlagwörter: Botulinum Neurotoxin; Neurotoxin; BoNT/A; Laufrad; in-vivo Methode; intramuskuläre Injektionen; Maus-LD50-Test