Hund

Hunde haben bereits eine lange Tradition in der Forschung. Vom Beginn des 17. Jahrhunderts an, in dem unser Verständnis der Physiologie begann immer besser zu werden, bis hin zu den Fortschritten in moderner Zeit, dem Zeitalter der Genetik, haben Hunde immer eine wichtige Rolle bei der Erweiterung unseres Verständnisses sowie bei der Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für verschiedenste Krankheiten gespielt.

Grundlagen der Biologie
Impfstoffe
Herz
Behandlungsmethoden
Toxikologie
Quellen

Grundlagen der Biologie

Im Jahr 1889 zeigten Joseph von Mering und Oskar Minkowski, dass das Entfernen der Bauchspeicheldrüse bei einem Hund Diabetes hervorruft.1 Das war der erste Nachweis eines Anti-Diabetes Faktors, der von der Bauchspeicheldrüse produziert wird und für die Regulation des Zuckerspiegels im Blut verantwortlich ist. Erst später fand man heraus, dass es sich dabei um Insulin handelt. 1909 zeigte J. Forschbach, dass reines Insulin-Extrakt den Blutzuckerspiegel dieser Hunde um 90% reduzieren kann. Bedauerlicherweise, bewirkten Verunreinigungen im Extrakt, dass dieses Insulin Präparat toxische Auswirkungen hatte. Nachdem James Collip und Frederick Banting eine neuartige Technik für die Reinigung von Insulin aus der Bauchspeicheldrüse von Kühen entwickelt hatten, wurde das Insulin zuerst erfolgreich an Hunden und im Jahre 1922 auch an Patienten getestet. Seine einschneidenden Ergebnisse führten dazu, dass Banting im folgenden Jahr den Nobel Preis verliehen bekam.

Die Versuche von Ivan Pavlov zum Verdauungssystem von Hunden lieferten die ersten detaillierten Beobachtungen darüber, wie das Verdauungssystem funktionierte.2,3 Dies wurde durch seine chirurgische Technik ermöglicht, die es erlaubte den Verdauungsprozess zu beobachten, während die Tiere in der Lage waren sich normal zu verhalten. Dies lieferte neue Erkenntnisse, die zuvor, als die Hunde noch im Laufe der Studie getötet wurden, nicht zu erzielen gewesen wären. Zu Ivan Pavlovs Forschungsergebnisse umfassten die detaillierte Beschreibung der Physiologie der Speicheldrüsen, des Magens und der inneren Organe. Er zeigte, dass der Verdauungstrakt in hoch komplexer Weise vom zentralen Nervensystem beeinflusst wird und dass psychologische Prozesse die Beschaffenheit der Flüssigkeiten, die in den Verdauungstrakt abgegeben werden, beeinflussen. Für diese Arbeit erhielt Pavlov im Jahre 1904 den Nobelpreis.


Vor dem Hintergrund einer in der Bevölkerung weitverbreiteten Rachitis bei Kindern, entdeckte Edward Mellanby, dass eine reine Hafer-Diät und der Aufenthalt in geschlossenen Räumen bei Hunden ebenfalls zu Rachitisführte.4-6 Die einfache Zugabe von Lebertran zur Nahrung resultierte jedoch in rascher Genesung. Dies war der Fall, weil Rachitis durch einen Vitamin D Mangel verursacht wird, das zu dieser Zeit noch nicht entdeckt war. Heute wissen wir, dass der Körper auf natürliche Weise Vitamin D produziert, wenn er dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Vitamin D ist aber auch in Lebertran enthalten.

Impfstoffe

Im Jahre 1880 entwickelte Louis Pasteur einen Impfstoff gegen die Tollwut bei Hunden, indem er an ihnen Forschung bertieb.7,8 Pasteur injizierte infiziertes Nervengewebe in die Gehirne von Hunden, um auf einem replizierbarem Weg Tollwut bei Hunden auszulösen. Durch die Trocknung von Nervengewebe infizierter Hasen, stellte Pasteur eine abgeschwächte Variante des Virus her. Er verabreichte diese Virusvariante über einen Zeitraum von 2 Wochen in stetig stärker werdenden Dosen und war hierdurch in der Lage die Hunde zu immunisieren, so dass sie gegen den Virus resistent wurden.

Nachdem seine Arbeit veröffentlich war, wurde Pasteur von den Familien von Personen, die von tollwütigen Hunden gebissen worden waren, angefleht zu helfen. Von den ersten 350 Menschen, die er behandelte erkrankte nur ein einziger an der Tollwut, verglichen mit 40-80% die ohne seine Intervention von der tödlichen Krankheit ereilt worden wären. Sein Impfstoff wurde bis nach dem zweiten Weltkrieg verwendet, als er durch ein Präparat ersetzt wurde, das in Zellkulturen hergestellt werden kann.

Herz

Hunde waren die ersten Tiere, die eine intravenöse Injektion erhielten. Sir Christopher Wren, obgleich auch als Architekt besser bekannt, entwickelte ein System, das es ermöglichte mit einem Federkiel und einer Schweine Blase Alkohol in die Vene eines Hundes zu injizieren. Über die Jahre entwickelte man aus dieser Technik die Blut-Transfusion und Hunde dienten für viele der Fortschritte bei diesem Prozess als Versuchstiere. Für mehr Informationen besuchen Sie bitte unsere Seite über Blut-Transfusionen.

Herzkammerflimmern ist ein häufiger Grund für Herzstillstand. Es handelt sich dabei um einen Zustand in dem die Muskeln des Herzens unkoordiniert arbeiten und dadurch in ihrer Pumpfunktion für Blut versagen. Herzkammerflimmern wurde zuerst in den 1840er Jahren anhand von Beobachtungen an Hunden beschrieben, als Wissenschaftler entdeckten, dass es durch das Abbinden der Herzkranz-Arterie oder durch elektrischen Strom verursacht werden kann. Im Jahr 1899 zeigten Jean Louis Prevost und Frederic Batelli in Genf, dass elektrischer Strom auch dazu eingesetzt werden kann um den normalen Rhythmus eines Hunde-Herzes wieder herzustellen und erfanden damit den ersten elektrischen Defibrillator.9

Die Anwendung hiervon wurde unterstützt durch die Entwicklung des Elektrokardiogramms (EKG) durch Willem Einthoven. Er bekam 1924 den Nobelpreis für diese Entwicklung und für seine Beschreibung der Veränderungen des Herzschlages im Zusammenhang mit verschiedenen Krankheiten und Stimuli bei Menschen und Hunden. Im Jahr 1947 führte der Chirurg Claude Beck die erste erfolgreiche Defibrillation an einem Menschen durch indem er eine Maschine verwendete, die im Operationssaal installiert war.10 Die Kontakte mussten jedoch noch direkt am Herzen angelegt werden. Die erste erfolgreiche Defibrillation mit “geschlossener Brust” wurde 1956 von Paul Maurice Zoll durchgeführt.11 Diese Errungenschaft von Paul Zoll basierte auf Studien an Hunden, die ein paar Jahre zuvor von William Kouwenhoven und William Milnor durchgeführt wurden sowie seinen eigenen frühen Tier- und klinischen Versuchen mit dem externen Schrittmacher. Im Jahr 1962 verfeinerte Bernard Lown den Schwingungsverlauf des elektrischen Impulses um den Schaden für das Herz zu beschränken, nachdem er eine Reihe von Studien durchgeführt hatte, an der hunderte von Hunden beteiligt waren.12 Der Schwingungsverlauf von Lown wurde zum Standard in der Defibrillation, bis er in den 1990ern durch die biphasische Wellenform abgelöst wurde.

Im Jahr 1950 studierte Wilfred Gordon Bigelow die Auswirkungen von Unterkühlung auf den Energieverbrauch von Hunden. Er entdeckte, dass sie ohne schädliche Auswirkungen bis auf 20 Grad Celsius herunter gekühlt werden konnten und ihr Sauerstoff Verbrauch und die Herzrate gleichermaßen um 85% reduziert werden konnten.13 Dies wurde als eine Möglichkeit betrachtet, das Herz während einer Operation zu isolieren und die Schädigung des Körpers dabei zu minimieren. Bei niedrigeren Temperaturen würde das Herz unter Herzkammerflimmern leiden und vollständig zum Stillstand kommen. Bigelow erkannte, dass das Herz des Hundes durch eine elektrische Ladung neu gestartet werden kann, was schließlich zum Entwurf des Herzschrittmachers führte.

Das verbesserte Verständnis und die neuen Behandlungsmöglichkeiten für das Herz rückten ein Ersetzen von fehlerhaften Herzklappen durch künstliche Herzklappen in den 1950er Jahren in den Bereich des Möglichen. Die ersten Modelle basierten auf der natürlichen Struktur, als sie Hunden implantiert wurden zeigten sich jedoch Probleme mit Leistungsfähigkeit und Blutgerinseln.14 Kontinuierliche Verbesserungen am Design führten im Laufe der folgenden Dekade dazu, dass Hunde den Eingriff über ein Jahr lang ohne gerinnungshemmende Mittel überlebten.15 Im Oktober 1961, starben zwei der 12 Patienten, die eine künstliche Mitralklappe bekommen hatten an Ursachen, die nicht mit dem Eingriff in Verbindung standen und drei an Infektionen.16 Die übrigen Patienten waren wohlauf und zwei konnten sogar ihre Arbeit wieder aufnehmen. Dieser Erfolg spornte die Weiterentwicklung weiterer Modelle an, die an Kälbern und Hunden erprobt wurden und heute noch eingesetzt werden.

Die Möglichkeit transplantierte Herzklappen zu verwenden wurde ebenfalls an Hunden erprobt und die besten Methoden zur Vorbereitung und Aufbewahrung konnten mit ihrer Hilfe heraus kristallisiert werden. Da es nicht genügend passende Spenderorgane von Menschen gab, erkannte man in der Mitte der 1960er Jahre, dass die Antwort darin lag Herzklappen anderer Spezies zu transplantieren. In den frühen 1970ern wurden Hunden Herzklappen als Xenotransplantate von Schweinen, Schafen, Kälbern und Ziegen implantiert.17 Weiterführende Arbeiten um die geringe Widerstandsfähigkeit und Abwehrreaktionen anzugehen wurden an Hasen, Meerschweinchen und Ratten durchgeführt, was zu dem Ergebnis führte, dass man biologisch inaktive, funktionierende und widerstandsfähige Herzklappen isolieren konnte.18 Solche „bioprosthetischen“ Herzklappen, die in der Regel von Schweinen kommen, konnten bereits vielen menschlichen Patienten erfolgreich eingesetzt werden.

Behandlungsmethoden

Die Muskeldystrophie des Typs Duchenne ist die häufigste muskuläre Dystrophie und betrifft einen von 3500 neugeborenen Jungen. Das einzige Tiermodell, das diese menschliche Symptomatik und biochemischen Mechanismen hervorbringt ist die Hunderasse Golden Retriever. Wissenschaftler entnahmen Stammzellen von diesen Hunden und korrigierten das mutierte Gen, bevor sie die Stammzellen zurück in das Muskelgewebe der Hunde injizierten. Die Stammzellen bildeten dort Muskelgewebe und stellten die Funktionsfähigkeit der Muskeln bis zu einem gewissen Grad wieder her.19
 
Im November 2012 publizierten Wissenschaftler die erste doppelblinde, randomisierte und kontrollierte Studie zur Verwendung von Zelltransplantaten um Verletzungen des Rückenmarks zu behandeln. Der Versuch wurde an Hunden, die als Haustiere gehalten wurden, durchgeführt. Es handelte sich hauptsächlich um Dackel, die sich bei Unfällen Rückenmarksverletzungen zugezogen hatten. Die Wissenschaftler entnahmen eine Probe spezialisierter Gliazellen des olfaktorischen Nervs (Olfactory ensheathing cells, OEC) aus der Nase jedes Hundes. Es ist bekannt, dass diese Zellen das Nervenwachstum fördern, da die Nase die einzige Körperregion ist, in der Nervenzellen ihr Wachstum im Erwachsenenalter kontinuierlich fortführen. Diese Studie erntete große Aufmerksamkeit der Medien, die Videos von der bemerkenswerten Verbesserung der Beweglichkeit der Hunde zeigten.

Prostata Krebs tritt auf natürliche Weise nur bei Menschen und Hunden in nennenswerter Häufigkeit auf. Obwohl der Krebs bei Hunden viele Eigenschaften mit dem des Menschen gemeinsam hat, bestehen Unterschiede bei der Wahrscheinlichkeit, dass der Krebs Metastasen bildet sowie im Gewebe der Prostata.20 Durch Studien der Prostata Drüse von Hunden entdeckte Charles Huggins jedoch, dass das Wachstum von Tumoren von natürlichen Hormonen des Körpers abhängt. Die Reduktion männlicher Sexualhormone oder die Erhöhung weiblicher Hormone könnte gegen Prostata Krebs helfen. Sogar der Zustand von Patienten, denen nur noch eine kurze Überlebensdauer diagnostiziert worden war, verbesserte sich mit dieser neuen Art der Behandlung, die weniger Nebenwirkungen als andere Therapieformen mit sich bringt. Für seine Arbeiten und die Behandlungsmethoden, deren Entwicklung er unterstützt hatte, bekam Charles Huggins 1966 den Nobel Preis.

George Whipple beforschte die Auswirkungen von Ernährungsweise auf Blutarmut indem er Hunde zur Ader lies und ihre Erholung im Zusammenhang mit unterschiedlichen Ernährungsweisen verglich.21 Er bemerkte, dass auf eine Ernährung, die große Mengen Leber enthielt eine schnelle Genesung folgte. Daraufhin schlug er vor, dass eine Leber reiche Ernährung dazu eingesetzt werden könne, krankhafte Blutarmut (perniziöse Anämie) bei Menschen zu behandeln, wozu er auch Tests durchführte. Sein Erfolg bei der Behandlung von perniziöser Anämie wurde im Jahr 1934 durch den Nobel Preis honoriert, auch wenn wir heute wissen, dass die Anämie bei den Hunden von dem in der Leber vorkommenden Eisen geheilt wurde, während die perniziöse Anämie bei Menschen auf die hohe Vitamin B12 Konzentration in der Leber reagiert hat.

Toxikologische Versuche

Damit ein neues Medikament zu klinischen Studien zugelassen wird, verlangen die Aufsichtsbehörden in der Regel toxikologische Test sowohl an Nagetieren als auch an einem weiteren Säugetier. In vielen Fällen handelt es sich bei dem Nagetier um Ratten und bei der weiteren Säugerart um Hunde. Hunde werden eingesetzt, weil sie dem Menschen physiologisch ähneln und einfach zu beschaffen sind. Es sind solche Tests in denen ungefähr 75% aller Hunde, an denen Forschung betrieben wird, eingesetzt werden.22 Hunde können ebenfalls für Studien zur größtmöglichen verträglichen Dosis von Nutzen sein, die die Festsetzung der Dosen für die humanen Versuchsreihen unterstützen.

Trotz der emotionalen und ethischen Bedenken im Zusammenhang mit dem Einsatz von Hunden, werden die Regularien nicht so schnell geändert. Diese bürokratische Trägheit liegt an Bedenken im Bezug auf die Sicherheit: ernste Nebenwirkungen von Medikamenten könnten in diesem Entwicklungsstadium nicht erkannt werden.23 Es wurde zwar ein beträchtlicher Forschungsaufwand für die Suche nach einem anderen Tier oder invitro Alternativen betrieben, diese  Alternativen beschränken sich jedoch auf ganz bestimmte Tests. Zum Beispiel wird bereits anhand von hERG Proben untersucht, ob ein Medikament mit dem Herzschlag interferieren könnte. In Fällen, in denen Hunde nicht absolut notwendig sind, können Minischweine eingesetzt werden, wie zum Beispiel für Test zu Hormon Therapien.

Während den Tests können Hunde mit Hilfe von implantierten Transmittern oder speziellen Jacken ständig per Fernüberwachung beobachtet werden. Diese überwachen Blutdruck, Herzrate, Körpertemperatur und Elektrokardiogramm, während die Hunde sich normal verhalten. Die Auswirkungen des Medikaments werden auch unter zeitweiser Narkose geprüft.24 Das liefert den Wissenschaftler, zusätzlich zu den per Fernmessungen gesammelten Daten, ein besseres Bild der Hämodynamik.

• Animal(s): Hund
• Research field(s): Endokrinologie (Hormone), Entwicklung von Impfstoff, Gehirn and Nervensystem, Genetik, Herz, Lunge and Blutkreislauf, Infektion und Immunität, Knochen and Muskel, Medikamente and Gifte, Medizintechnik, Psychologie and Verhalten, Verdauung und Ernährung
• Medical application(s): Chirurgie, Grundlagenforschung, Impfstoff, Medizin, Tiermedizin

Last edited: 17 March 2019 15:01