Der Gelenkknorpel ist ein hochspezialisiertes Bindegewebe, das Zug-, Druck- und Scherbelastungen standhält. Er besteht hauptsächlich aus Chondrozyten, die eine große Menge an extrazellulärer Matrix (ECM) produzieren, überwiegend bestehend aus Kollagenfibrillen und Proteoglykanen. Osteoarthrose (OA) ist eine Gelenkserkrankung gekennzeichnet durch Degeneration des Knorpels, welche Veränderungen in der ECM-Mechanik hervorruft. Inwieweit die verschiedenen Proteine der extrazellulären Matrix oder die Zell-Matrix-Kommunikation eine Rolle für die biomechanischen Eigenschaften des Knorpels spielen, ist jedoch noch nicht vollständig geklärt. ExCarBon, ein Konsortium (DFG-Bewilligung: DFG2407/1), an dem wir beteiligt sind, versucht sich dieser Herausforderung zu stellen und die Rolle des extrazellulären Matrix-Protein-Netzwerks in Bezug auf OA zu beleuchten. Dazu entwickelte ExCarBon verschiedene murine Knockout-Modelle von ECM-Proteinen, Zelloberflächenintegrinen oder Signalproteinen, von denen angenommen wird, dass sie eine wichtige Rolle bei der Knorpelhomöostase spielen. Das Ziel dieses Dissertationsprojekts ist die Beurteilung der Biomechanik und der Kollagenausrichtung dieser KO-Modelle und des DMM-Modells mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM). Das DMM-Modell (destabilization of the medial meniscus) ist ein Modell der induzierten OA, bei dem das Gelenk durch einen operativen Eingriff am medialen Meniskus destabilisiert wird. Bislang ist nicht bekannt, wie der Abbauprozess des Gelenkknorpels in den verschiedenen Knorpelzonen bei diesem Mausmodell abläuft. Deshalb werden die Messungen mittels AFM durchgeführt, da es die Darstellung von Kollagenfasern und die Messung der Steifigkeit mittels Nanoindentation ermöglicht. Zusammenfassend wird meine Doktorarbeit die Kollagenausrichtung und Gewebesteifigkeit verschiedener muriner Knockout-Modelle im Zusammenhang mit OA und ein tieferes, biomechanisches Verständnis des DMM-Modells aufzeigen.
Strukturelle und biomechanische Analyse des Gelenkknorpels von genetischen Mausmodellen mittels Rasterkraftmikroskopie
MITGLIED IM KOLLEG
von bis
Prof. Dr. Hauke Clausen-Schaumann
Betreute Projekte:
- Investigating the role of integrin signaling in articular cartilage biomechanics by indentation type atomic force microscopy and single cell force spectroscopy
- Mechanische Charakterisierung von biologischen Materialien mittels der Laser-Doppler Vibrometrie
- Investigation of structure function relationships in degraded articular cartilage using indentation-type atomic force microscopy and novel strategies to determinethe degradation depth.
- Strukturelle und biomechanische Analyse des Gelenkknorpels von genetischen Mausmodellen mittels Rasterkraftmikroskopie
- Mechanotransduction on the single cell level
- Laser-induced transfer of human mesenchymal cells using near infrared femtosecond laser pulses for the precise configuration of cell nichoids
- Herstellung eines 3D Gewebemodells zur Untersuchung und gezielten Stimulation von Zellmigration und Zellwachstum entlang von E-Modul Gradienten der Extrazellulären Matrix
- Entwicklung einer 3D-gedruckten Mikrofluidik zur Analyse der Fluiddynamik in Blutgefäßen
Publikation
Fleischhauer L., Muschter D., Farkas Z., Grässel S., Aszodi A., Clausen-Schaumann H. and P. Alberton (2022):
Nano-Scale Mechanical Properties of the Articular Cartilage Zones in a Mouse Model of Post-Traumatic Osteoarthritis, Applied Sciences, 12(5):2596.
Bubb K., Holzer T., Nolte J.L., Krüger M., Wilson R., Schlötzer-Schrehardt U., Brinckmann J., Altmüller J., Aszodi A., Fleischhauer L., Clausen-Schaumann H., Probst K. and B. Brachvogel (2021):
Mitochondrial respiratory chain function promotes extracellular matrix integrity in cartilage, Journal of Biological Chemistry, 297(4):101224.
Rellmann Y., Eidhof E., Hansen U., Fleischhauer L., Vogel J., Clausen-Schaumann H., Aszodi A. and R. Dreier (2021):
ER Stress in ERp57 Knockout Knee Joint Chondrocytes Induces Osteoarthritic Cartilage Degradation and Osteophyte Formation, Int. J. of Mol. Sci., 23(1):182.
Reuten R., Zendehroud S., Nicolau M., Fleischhauer L., Laitala A., Kiderlen S., Nikodemus D., Wullkopf L., Nielsen S.R., McNeilly S., Prein C., Rafaeva M., Schoof E.M., Furtwängler B., Porse B.T., Kim H., Won K.J., Sudhop S., Westarp Zornhagen K., Suhr F., Maniati E., Pearce O.M.T., Koch M., Oddershede L.B., Van Agtmael T., Madsen C.D., Mayorca-Guiliani A.E., Bloch W., Netz R.R., Clausen-Schaumann H. and J.T. Erler (2021):
Basement membrane stiffness determines metastases formation, Nature Materials, 20(6):892-903.
Li P., Fleischhauer L., Nicolae C., Prein C., Farka, Z., Saller M., Prall W. Ch., Wagener R., Heilig J., Niehoff A., Clausen-Schaumann H., Alberton P. und A. Aszodi (2020):
Mice lacking the matrilin family of extracellular matrix proteins develop mild skeletal abnormalities and are susceptible to age-associated osteoarthritis, Int. J. Mol. Sci., 21(2), 666.
Muschter D., Fleischhauer L., Taheri S., Schilling A. F. , Clausen-Schaumann H. and S. Grässel (2020):
Sensory neuropeptides are required for bone and cartilage homeostasis in a murine destabilization-induced osteoarthritis model, Bone, 133, 115181.
Seifer P., Hay E., Fleischhauer L., Heilig J., Bloch W., et. al. (2020):
The Matrilin-3 T298M mu-tation predisposes for post-traumatic osteoarthritis in a knock-inmouse model. In: Osteoarthritis and Cartilage, 29(1), S. 78-88.
Westermann L.M., Fleischhauer L., Vogel J., Jenei-Lanzl Z., Ludwig N.F., et al. (2020):
Im-balanced cellular metabolism compromises cartilage homeostasis and joint function in a mouse model of mucolipidosis type III gamma. In: Disease Models & Mechanisms, 13(11).
Poster
- Jahrestreffen der deutschen Gesellschaft für Matrix Biologie – Regensburg, Deutschland – 27.-30.03.2019.
- Cartilage Biology and Pathology GRC – Galveston, Texas, USA – 17.-22.03.2019.
- 20 years CeNS Workshop – Venedig, Italien – 24.-28.09.2018.
- 20. Linz Winter Workshop – Linz, Österreich – 02.-05.02.2018.
Stipendium
High-Speed AFM Workshop – Kanazawa, Japan – 19.-25.08.2019 – finanziert durch das Nano Life Science Institute Kanazawa University.
Vorträge
- Jahrestreffen der deutschen Gesellschaft für Matrix Biologie – Regensburg, Deutschland – 27.-30.03.2019.
- 8. Münchener Symposium für Experimentelle Orthopädie, Unfallchirurgie und Muskuloskelettale Forschung – München, Deutschland – 02.-03.03.2018.
