Progressive Muscle Dysfunction resulting from chronic Remodeling of Cellular Architecture in inherited Muscle Diseases Advanced Second Harmonic Generation - Microscopy and quantitative Morphometry in skeletal Muscles from Animal Models of Duchenne Muscular Dystrophy and Desminopathy

Skelettmuskel ist ein plastisches Organ mit unterschiedlichen Adaptationen auf Training oder chronischen Muskelerkrankungen. Chronisch degenerative oder inflammatorische Myopathien führen stets zu zunehmender Muskelschwäche und Immobilität. Obwohl der Pathomechanismus jeder Erkrankung unterschiedlich ist, zeigen alle gemeinsam einen chronischen Umbau der Gewebs- und Zellarchitektur. Insbesondere Fibrose ist ein recht gut untersuchter Umbauprozess. Im Gegensatz hierzu sind zelluläre Veränderungen der Skelettmuskel-Architektur weniger gutuntersucht. Wir glauben, daß zelluläres remodeling, z.B. Faser-Spaltungen oder verzerrtes Myofibrillen-Gitter, für mindestens 50% des Kraftverlustes verantwortlich ist. Im geplanten Projekt wenden wir neueste Multiphotonen-Mikroskopie, sog. Second-Harmonic Generation (SHG) Mikroskopie, auf zwei Tiermodelle an: (i) mdx Mäuse als Modell für Duchenne Muskeldystrophie und (ii) Desmin-defiziente bzw. desminopathische Mäuse, welche eine humanpathologische Desmin-Mutante exprimieren. Insbesondere das Desminopathie Modell wurde noch nie zuvor mit quantitativer subzellulärer SHG-Mikroskopie, beschrieben. Hierzu werden wir eine detaillierte altersabhängige Studie an Einzelfasern von sehr jungen bis alten Tieren durchführen und sensitive Strukturparameter in den Modellen vergleichen. Ein weiteres experimentelles Ziel ist die Kombination von SHG-Mikroskopie mit Force-Transducer Technologien, um am selben Zellpräparat zusätzlich zur optischen Struktur auch die isometrische Kraftentwicklung direkt ableiten zu können. Dies ermöglicht uns eine Kalibrierung mit dem Ziel, SHG als neuartiges optisches Tool zur Vorhersage der Kraftentwicklung an Skelettmuskelzellen allein aus optischen Parametern einsetzen zu können. Unser Projekt wird daher nicht nur zu unserem molekularen und biophysikalischen Verständnis des Ursprungs progressiven Kraftverlusts in chronischen Muskelerkrankungen beitragen, sondern auch neues leistungsstarkes Imaging-Tool zum Gewebsremodeling für die wissenschaftliche community bereitstellen.