610 Medizin und Gesundheit
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Hintergrund und Ziele:
Mithilfe der quantitativen Suszeptibilitätskartierung (QSM) kann die Verteilung der magnetischen Suszeptibilität des Gewebes mittels Magnetresonanztomografie (MRT) rekonstruiert werden und somit z.B. auf Unterschiede im Gehalt von Eisen, Myelin oder Calcium geschlossen werden. Durch neue Deep Learning Verfahren konnte gezeigt werden, dass auch die Rekonstruktionsalgorithmen der QSM-Pipeline gelernt und beschleunigt werden können.
Methoden:
In dem ersten von vier Projekten dieser Arbeit wurde der Einfluss zweier Echozeitkombinationsmethoden auf die Suszeptibilitätskarten des menschlichen Gehirns bei 3 T und 7 T untersucht. Dabei wurden die Phasenkarten von zwölf gesunden Probanden, die bei 3 T und 7 T gemessen wurden, untersucht und entweder vor der QSM-Rekonstruktionspipeline oder danach gemittelt. Im zweiten Projekt wurden drei verschiedene Deep Learning Methoden verwendet, um den Kontrast von 3 T Suszeptibilitätskarten zu verbessern, indem die Netzwerke jeweils registrierte Datenpaare von Suszeptibilitätskarten bei 3 T und 7 T als Eingangs- bzw. Zieldaten erhalten haben. Ziel war es, eine Art smartes Entrauschen zu lernen, bei dem die Netzwerke die typischen Bildeigenschaften einer 7 T Suszeptibilitätskarte erkennen sollten. Dazu wurden ein UNET, ein CycleGAN und ein ConditionalGAN (CondGAN) Netzwerk jeweils für einen Tag trainiert. Als drittes Projekt wurde ein UNET mit synthetischen Daten trainiert, um die Rekonstruktion von Suszeptibilitätskarten aus phasensprungkorrigierten Phasenkarten zu lernen. Erweiternd zum bereits publizierten DeepQSM wurde zudem die chemische Verschiebung in den Daten mitsimuliert. Im vierten Projekt wurde eine Studie zur Differenzierung der Multiplen Systematrophie (MSA) und der Parkinsonkrankheit reevaluiert und eine semiautomatisierte Auswertungsmethode mittels eines Atlas getestet. Von den 30 Patienten (13 MSA, 8 Parkinson und 9 gesunde Kontrollen), die bei 3 T gemessen wurden, wurden Suszeptibilitätskarten erzeugt, aus denen ein Atlas generiert wurde, und diese in zehn Gehirnregionen untersucht. Eine manuelle Segmentierung wurde mit der atlasbasierten Methode verglichen, bei der nur einmal auf dem Atlas segmentiert werden muss.
Ergebnisse und Beobachtungen:
Es zeigte sich, dass die Rekonstruktion von Suszeptibilitätskarten für jede Echozeit (Mittelung nach der QSM-Rekonstruktionspipeline) von Experten als Echozeitkombinationsmethode besser beurteilt wurde, weniger Artefakte und Rauschen sowie einen besseren Korrelationskoeffizienten zwischen 3 T und 7 T (0,65 vs. 0,46) aufwies. Beim Bildqualitätstransferlernen (zweites Projekt) wurden die Validierungsdatensätze des UNETs von den Experten am besten bewertet, neigten jedoch etwas zur Überglättung, sodass manche Strukturen schlechter sichtbar waren. Der Korrelationskoeffizient mit der ursprünglichen 3 T Suszeptibilitätskarte war mit 0,93 bei CycleGAN höher als bei UNET (0,86). Im dritten Projekt eignete sich das UNET im Vergleich zu einer konventionellen Methode mit Fett-Wasser-Trennung am besten, um möglichst artefaktfreie und hochqualitative Suszeptibilitätskarten in unter 10 s zu rekonstruieren, und die quadratische Mittelwertabweichung in synthetischen Daten war mit 0,123 ppm weniger als halb so gering wie bei der konventionellen Methode (0,292 ppm). Zudem zeigte sich beim UNET optisch die beste Übereinstimmung bei I-125 Seeds eines Patienten, welcher eine Brachytherapie erhielt, mit den Bildern einer Computertomografieaufnahme. Im vierten Projekt, dem Vergleich einer atlasbasierten Methode mit einer manuellen Segmentierung, wurde für alle Gehirnregionen ein mittlerer Dice-Koeffizient von 0,73 zwischen den beiden Methoden berechnet. Bei den Gruppenunterschieden in den einzelnen Gehirnregionen ergaben sich die gleichen signifikanten Unterschiede bei beiden Methoden, und die Fläche unter der Kurve war bei der atlasbasierten Methode meist nur minimal geringer (durchschnittlich 0,03 bei der Differenzierung zwischen MSA und den gesunden Kontrollen).
Schlussfolgerungen und Diskussion:
Die Mittelung von Suszeptibilitätskarten war im Vergleich der beiden Echozeitkombinationsmethoden am besten (bessere Bewertung und höherer Korrelationskoeffizient zwischen 3 T und 7 T), sodass diese Methode in den folgenden Projekten verwendet wurde. Um ein smartes Entrauschen durch Deep Learning zu erreichen, wird von den hier untersuchten Methoden je nach Anwendung das UNET oder das CycleGAN empfohlen, da diese am besten bewertet wurden und eine hohe Korrelation mit den 3 T Daten aufwiesen. Ein UNET eignet sich auch sehr gut, um in Anwesenheit von Fett Suszeptibilitätskarten des Beckens und des Knies zu erzeugen, und kann potentiell bei der Identifikation von I-125 Seeds in der Prostata als automatisierte Alternative, welche ohne den Einsatz von ionisierender Strahlung auskommt, zu konventionellen Methoden angewandt werden. Die atlasbasierte Auswertungsmethode ist eine gute Methode, um mit nur geringem manuellem Segmentierungsaufwand bei fast gleicher Sensitivität und Spezifität im Vergleich zu einer manuellen Segmentierung eine Studie zur Differenzierung von MSA und Parkinson auszuwerten und dabei systematische Fehler zu minimieren und flexible Definitionen der anatomischen Regionen innerhalb des Studienverlaufs zu ermöglichen.
Abstract: Hintergrund und Ziele Obwohl ICIs bei NSCLC große Erfolge erzielt haben, ist wenig über die Beziehung zwischen dem PD-L1-Expressionsstatus und F18-FDG-PET/CT-Radiomics bekannt. Mit einer höheren Mutationsrate beim Lungenadenokarzinom scheint KRAS seit kurzem medikamentenfähig zu sein. Im Hintergrund der Präzisionsmedizin wird dem klinischen Vorhersagemodell durch die Kombination von F18-FDG-PET-Radiomics, KRAS-Mutationsergebnissen und künstlicher Intelligenz mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Diese Forschung wurde durchgeführt, um die Korrelationen zwischen ihnen zu untersuchen. Methoden Geeignete Patienten wurden rückwirkend für die beiden Themen ausgewählt. LIFEx, 3D-Slicer und Pyradiomics wurden verwendet, um den Tumor zu segmentieren und radiomische Merkmale zu extrahieren. In der Studie für PD-L1 wurden eine univariate Analyse und eine multivariate logistische Regression verwendet, um unabhängige Prädiktoren für den PD-L1-Expressionsstatus bei NSCLC und Adenokarzinom separat zu finden. Die Fläche unter der Kurve (AUC) von Receiver Operating Characteristic (ROC)-Kurven wurde verwendet, um die Fähigkeit von Variablen und ihre Kombination bei der Vorhersage der PD-L1-Expression zu vergleichen. In der Studie zur Vorhersage der KRAS-Mutation wurden Datensätze zufällig in drei Untergruppen aufgeteilt, einen Trainingssatz, einen Validierungssatz und einen Testsatz. Die Merkmalsauswahl wurde durch den Mann-Whitney-U-Test, den Spearman Rangkorrelationskoeffizienten und RFE durchgeführt. Die logistische Regression wurde verwendet, um Vorhersagemodelle zu erstellen. Dann wurden die Modelle durch ROC-Kurven verglichen und durch Kalibrierungsplots und DCA-Kurven bewertet und durch Nomogramm dargestellt. Ergebnisse und Beobactungen Von 58 NSCLC-Patienten wurden 41 als Adenokarzinom diagnostiziert. Keine der klinisch pathologischen Variablen korrelierte mit der PD-L1-Expression in den beiden Gruppen. In der multivariaten logistischen Regression wird das PET-Radiomic-Merkmal GLRLM_LGRE (Odds Rate (OR): 0,300 vs. 0,114, 95 % Konfidenzintervall (KI): 0,096–0,931 vs. 0,021–0,616, bei NSCLC bzw. Adenokarzinom) und das CT-Radiomic-Merkmal GLZLM_SZE (OR : 3,338 vs. 7,504, 95 %-KI: 1,074–10,375 vs. 1,382–40,755, bei NSCLC bzw. Adenokarzinom) waren unabhängige Prädiktoren für den PD-L1-Status. Nach Anpassung von Geschlecht und Histologie in der gesamten NSCLC-Gruppe blieb das PET-Radiomic-Merkmal GLRLM_LGRE (OR: 0,282, 95 %-KI: 0,085–0,936) ein unabhängiger Prädiktor für den PD-L1-Status. Bei Anpassung an das Geschlecht in der Adenokarzinomgruppe blieben das PET-Radiomic-Merkmal GLRLM_LGRE (OR: 0,115, 95 %-KI: 0,021–0,631) und das CT-Radiomic-Merkmal GLZLM_SZE (OR: 7,343, 95 %-KI: 1,285–41,965) mit der PD-L1-Expression assoziiert. 163 Vorhersagemodelle wurden gemäß jeder ursprünglichen Merkmalsgruppe und ihren Kombinationen erstellt. Nach Modellvergleichen wurde das Modell mit den höchsten Vorhersagefähigkeiten einschließlich wHLH_fo_IR, wHLH_glrlm_SRHGLE, wHLH_glszm_SAHGLE und Rauchergeschichte identifiziert. Das Modell erreichte AUCs von 0,731 (95 % KI: 0,619–0,843), 0,750 (95 % KI: 0,248–1,000) und 0,750 (95 % KI: 0,448–1,000) im Training, der Validierung und den Testsätzen. beziehungsweise. Die Kalibrierung zeigte keinen Unterschied zwischen beobachteten und vorhergesagten Werten in den beiden Datensätzen (P = 0,377 und 0,861). DCA-Kurven unseres Modells zeigten eine höhere Leistung in Abhängigkeit von der KRAS-Mutationsrate. Schlussfolgrungen NSCLC mit PD-L1-Expression zeigen eine höhere Tumorheterogenität, und einzelne heterogenitätsbezogene 18F-FDG-PET-und CT-Radiomic-Merkmale zeigten eine gute Fähigkeit, den PD-L1-Expressionsstatus nicht-invasiv vorherzusagen. Unser Modell, das PET-Radiomics und maschinelles Lernen kombiniert, zeigte eine vielversprechende Fähigkeit, den KRAS-Mutationsstatus bei therapienaiven Lungenadenokarzinomen vorherzusagen. Es könnte ein hilfreiches klinisches Werkzeug sein, um den KRAS-Mutationsstatus zusätzlich zur Biopsie-Probenahme nicht-invasiv zu untersuchen.
Three-dimensional positional changes of the temporomandibular joint after mandible reconstruction using microvascular fibula flaps were investigated in 58 patients. The results of preoperative virtually planned surgery, intraoperative resection- and cutting-guided surgery, and non-guided surgery were compared. Pre- and postoperative computed tomography data of each patient were processed and superimposed digitally. The condyle deviations and rotations along the axes and planes of the skull, as well as Euclidean distances, were determined. Reliability analyses, descriptive statistics, and non-parametric tests were performed with the alpha level set at P = 0.05. Reliability proved to be excellent for all variables. The median Euclidean distance was 2.07 mm for the left condyle and 2.11 mm for the right condyle. Deviations of ≥ 10 mm occurred in nine (16%) cases. The maximum deviation occurred in the horizontal plane and the least deviation in the sagittal plane. Median rotation was ≤ 1.4° around all axes. The condylar displacements did not differ significantly between the different surgical techniques investigated. The three-dimensional measurement method applied is highly reliable for evaluating the three-dimensional condylar position after mandibular reconstruction.
Purpose: Improvements of heat-delivery systems have led to hyperthermia (HT) being increasingly recognized as an adjunct treatment modality also for brain tumors. But how HT affects the immune phenotype of glioblastoma cells is only scarcely known.
Materials and methods: We therefore investigated the effect of in vitro HT, radiotherapy (RT), and the combination of both (RHT) on cell death modalities, immune checkpoint molecule (ICM) expression and release of the danger signal HSP70 of two human glioblastoma cell lines (U87 and U251) by using multicolor flow cytometry and ELISA. Hyperthermia was performed once or twice for 60-minute sessions reaching temperatures of 39 °C, 41 °C, and 44 °C, respectively. RT was administered with 5 x 2 Gy.
Results: A hyperthermia chamber for cell culture t-flasks regulating the temperature via a contact sensor was developed. While the glioblastoma cells were rather radioresistant, particularly in U251 cells, the combination of RT with HT significantly increased the percentage of apoptotic and necrotic cells for all temperatures examined and for both, single and double HT application. In line with that, an increased release of HSP 70 was seen only in U251 cells, mainly following treatment with HT at temperatures of 44 °C alone or in combination with RT. In contrast, immune suppressive (PD-L1, PD-L2, HVEM) and immune stimulatory (ICOS-L, CD137-L and Ox40-L) ICMs were significantly increased mostly on U87 cells, and particularly after RHT with 41 °C.
Conclusions: Individual assessment of the glioblastoma immune cell phenotype with regard to the planned treatment is mandatory to optimize multimodal radio-immunotherapy protocols including HT.
Hintergrund und Ziele:
Die nicht invasive Beatmung stellt eine zentrale Behandlungsmethode der akuten re-spiratorischen Insuffizienz dar. Bisher gibt es keine Prävalenzdaten zu den Vorhal-tungen dieser Beatmungstherapie in Deutschland und in deutschen Notaufnahmen. Das Ziel der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit ist es, die Prävalenz der nicht-invasiven Beatmung (non-invasive ventilation, NIV) in deutschen Notaufnahmen zu evaluieren.
Methoden:
Hierzu wurde ein Notaufnahmeverzeichnis recherchiert und ein Online Fragebogen entwickelt, der dann in einer bundesweiten Befragung an ein Viertel aller deutschen Notaufnahmen im Zeitraum von September bis Oktober 2017 versandt wurde. Der Fragebogen enthielt 62 Items, die in 5 Kategorien gegliedert wurden: Organisatori-sches, NIV-Verfügbarkeit, Anwendung, NIV bei Patienten mit AECOPD (akute Exa-cerbation einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung), NIV bei Patienten mit ACPE (acute cardiogenic pulmonary edema; kardial bedingtes Lungenödem).
Ergebnisse:
Die Rücklaufquote lag bei 125 Notaufnahmen (knapp 50%), die zusammen eine jähr-liche Patientenzahl von 5 Millionen aufweisen können.
Über alle Versorgungsstufen hinweg können über 80% der Teilnehmer NIV in ihren Notaufnahmen anbieten, über die Hälfte von ihnen haben NIV in den letzten fünf Jah-ren eingeführt. Durchschnittlich werden über 120 NIV-Therapien jährlich pro Notauf-nahme durchgeführt.
Die beiden Hauptindikationen für diese Beatmungsform sind die AECOPD und das ACPE . An dritter Stelle wird die ambulant erworbene Pneumonie genannt.
Die Zuständigkeit für die Respiratoreinstellungen liegt meist beim Arzt, jedoch ist in knapp einem Viertel der Fälle das Pflegepersonal der Notaufnahme ebenfalls mit die-ser Aufgabe betraut.
Als Begleitmedikation zur NIV-Therapie wird von knapp 80% der Teilnehmer Sedie-rung angewendet. Mit Abstand am häufigsten wird Morphin verwendet, als zweithäu-figstes Medikament wird Midazolam gewählt. Diagnosenspezifische Sedierung spielt nur eine untergeordnete Rolle, signifikante Unterschiede zeigen sich lediglich für Ketanest, als Sedativum für Patienten mit AECOPD, und für Fentanyl, als Sedativum für Patienten mit ACPE. Eine Bronchodilatation wird in einem Großteil der Fälle mit-tels Salbutamol erreicht.
Die Akzeptanz von NIV ist in der Berufsgruppe der Chef- / Oberärzte der Notaufnah-me am höchsten, unter den Rotationsassistenten zeigt sich eine niedrige Akzeptanz.
Qualitätssicherungsmaßnahmen werden von knapp 40% der Teilnehmer nicht durch-geführt, standardisierte Verfahrensanweisungen für NIV sind in weniger als der Hälf-te der Notaufnahmen vorhanden.
Diskussion:
Trotz einem derzeitigen NIV-Beatmungsanteil von 40% in deutschen Notaufnahmen fehlen für dieses spezielle Setting Anwendungsstudien. Die heterogene Sichtweise der Teilnehmer bezüglich der Indikations- und Kontraindikationsstellung von NIV ver-deutlicht diese Aussage.
Zudem müssen in deutlich größerem Umfang und in einem höheren Maße an Stan-dardisierung Qualitätssicherungsmaßnahmen bezüglich NIV eingeführt werden.
Die Sedierung von NIV-Patienten wird weniger heterogen gehandhabt, jedoch lassen sich hier andere Empfehlungen als die gelebte Praxis treffen.
In the field of neuroscience, a considerable number of commercial data acquisition and processing solutions rely on proprietary formats for data storage. This often leads to data being locked up in formats that are only accessible by using the original software, which may lead to interoperability problems. In fact, even the loss of data access is possible if the software becomes unsupported, changed, or otherwise unavailable. To ensure FAIR data management, strategies should be established to enable long-term, independent, and unified access to data in proprietary formats. In this work, we demonstrate PyDapsys, a solution to gain open access to data that was acquired using the proprietary recording system DAPSYS. PyDapsys enables us to open the recorded files directly in Python and saves them as NIX files, commonly used for open research in the electrophysiology domain. Thus, PyDapsys secures efficient and open access to existing and prospective data. The manuscript demonstrates the complete process of reverse engineering a proprietary electrophysiological format on the example of microneurography data collected for studies on pain and itch signaling in peripheral neural fibers.
<Objective: The present study aims to understand the familial decision-making process on transport mode choice in adolescents with a focus on the parental perspective within this process.
Background: Active travel contributes to adolescents’ overall physical activity and its positive health effects. Based on the social-learning theory, especially parents are assigned a central role for adolescents’ travel behavior. The aim of the present study was to examine how parents are involved in the decision-making process on transport mode choice in adolescents.
Method: The study is part of the cross-sectional mixed-methods ARRIVE study which includes semi-structured interviews with mothers (n = 12) and fathers (n = 7) of 11- to 14-year-old German adolescents. The interviews focused on travel behavior in adolescents and the decision-making process on transport mode choice from the parental perspective. All interviews were analyzed inductively using Thematic Analysis.
Results: Our study revealed that parents do not primarily decide for or against active travel in adolescents, but are mostly involved in the decision-making process, especially in case of a deviation from the main transport mode. Different forms of parental involvement in the decision-making process were identified. Some parents acted as main decision makers which is the highest form of involvement while others gave their children complete freedom of choose a transport mode for themselves. These parents accepted their child’s choice fully which shows a low involvement in the decision-making process.
Conclusion: The results provide a deeper understanding of the familial decision-making process on travel behavior in adolescents. The results indicate an occasionally parental involvement in the decision-making process on the mainly used transport mode by adolescents, and that mothers and fathers are always involved when deviating from the main mode.
Implications: Further research should investigate changes in travel behavior from childhood to young adulthood to understand long-term travel decisions in families. Due to the findings that parents are often involved in the decision-making process on transport mode choice and that they mainly reported safety concerns as barriers to their children’s active travel, further research should focus especially on the social and physical environment of adolescents.
Purpose: The potential of large language models in medicine for education and decision-making purposes has been demonstrated as they have achieved decent scores on medical exams such as the United States Medical Licensing Exam (USMLE) and the MedQA exam. This work aims to evaluate the performance of ChatGPT-4 in the specialized field of radiation oncology.
Methods: The 38th American College of Radiology (ACR) radiation oncology in-training (TXIT) exam and the 2022 Red Journal Gray Zone cases are used to benchmark the performance of ChatGPT-4. The TXIT exam contains 300 questions covering various topics of radiation oncology. The 2022 Gray Zone collection contains 15 complex clinical cases.
Results: For the TXIT exam, ChatGPT-3.5 and ChatGPT-4 have achieved the scores of 62.05% and 78.77%, respectively, highlighting the advantage of the latest ChatGPT-4 model. Based on the TXIT exam, ChatGPT-4’s strong and weak areas in radiation oncology are identified to some extent. Specifically, ChatGPT-4 demonstrates better knowledge of statistics, CNS & eye, pediatrics, biology, and physics than knowledge of bone & soft tissue and gynecology, as per the ACR knowledge domain. Regarding clinical care paths, ChatGPT-4 performs better in diagnosis, prognosis, and toxicity than brachytherapy and dosimetry. It lacks proficiency in in-depth details of clinical trials. For the Gray Zone cases, ChatGPT-4 is able to suggest a personalized treatment approach to each case with high correctness and comprehensiveness. Importantly, it provides novel treatment aspects for many cases, which are not suggested by any human experts.
Conclusion: Both evaluations demonstrate the potential of ChatGPT-4 in medical education for the general public and cancer patients, as well as the potential to aid clinical decision-making, while acknowledging its limitations in certain domains. Owing to the risk of hallucinations, it is essential to verify the content generated by models such as ChatGPT for accuracy.
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<title>Background</title>
<p>We determined the efficacy of free light chain (FLC) removal by regular dialysis equipment (high-flux filtration) with medium cutoff (MCO) membrane hemodialysis (HD) as an adjuvant treatment to standard chemotherapy for patients with acute kidney injury complicating multiple myeloma (MM) and its impact on further dialysis dependency.</p>
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<title>Methods</title>
<p>Sixty patients with acute dialysis-dependent renal failure secondary to MM were treated with MCO-HD (55 patients) or HCO (high cutoff)-HD (5 patients) as a control. FLC serum concentration, total protein, immunoglobulins, and LDH were measured throughout the dialysis therapy. The kidney function of the patients was followed up for 1 year.</p>
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<title>Results</title>
<p>The median age was 69 years; 25 female and 35 male patients were enrolled. HD significantly reduced FLC kappa levels in the MCO/HCO group by 58%/84% (MCO/HCO group; <italic>p</italic> < 0.05) and FLC lambda by 39%/33% (MCO/HCO group; <italic>p</italic> < 0.05). Single HD data (MCO) showed a relative reduction of 70% in kappa and 37% in lambda FLC concentration, as expected by the different sizes of the light chains. Renal function improved significantly and continuously from starting creatinine 5.7/3.8 mg/dl (MCO/HCO group) before HD to 1.4/2.0 mg/dl (MCO/HCO group; <italic>p</italic> < 0.001) after 1 year. No significant alteration of total protein, immunoglobulins, and LDH concentrations by HD (HCO and MCO group) was observed. After 1 year, 37 of 60 patients were alive and 34 of them were off dialysis.</p>
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<title>Conclusion</title>
<p>FLC elimination with MCO-HD is effective, technically easy, and less cost-intensive as compared with HCO-HD. Kidney function recovery in MM patients is achievable.</p>
</sec>
Ein eingehendes Verständnis für die Wundheilungsprozesse des Skelettsystems und Möglichkeiten der modulatorischen Einflussnahme sind, besonders im Kontext von Wundheilungsstörungen, von besonderer Bedeutung. TFF3 (Trefoil Factor 3) ist ein Protein, dessen Rolle im Zusammenhang mit Wundheilungsvorgängen vieler verschiedener Gewebe erforscht wird. Über die Bedeutung von TFF3 für die Wundheilung im Skelettsystem ist jedoch bisher wenig bekannt. Ziel dieser Arbeit war daher, die Anwesenheit von TFF3 in den Geweben des Skelettsystems und dessen Funktion während dortiger Wundheilungsprozesse zu untersuchen.
Abstract: Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is a common cancer worldwide, often linked to alcohol and tobacco use as well as HPV infections. Treatment options include radiochemotherapy, surgery, and chemotherapy. Nanoparticles are increasingly being used in medicine for both diagnostic and therapeutic purposes. To ex-plore new treatment options for HNSCC, we investigated the effects of gold-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (Au-SPIONs) combined with ionizing radiation on two HPV-positive and two HPV-negative HNSCC cell lines, as well as healthy fibroblasts and keratinocytes. Apoptosis and necrosis were analyzed using flow cy-tometry and cell survival was studied using a colony formation assay. Light microscopy and immunofluorescence studies were also con-ducted to better understand the interaction of the SPIONs. Results showed different responses to the SPIONs in HNSCC and healthy cells, with cytotoxicity dependent on the type and dose of SPIONs, and the type of cell treated, independent of HPV status. The different cyto-toxicity is likely due to the different compositions of the SPIONs and the way they interact inside and outside the cells, leading to different lev-els of double strand breaks.
Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease of the central nervous
system (CNS). With over two million patients affected worldwide, MS is the most
common neurological disorder in young adults. The disease leads to irreversible
functional deficits and is associated with the requirement for long-term medication
as well as premature retirement, therefore causing a significant socioeconomic
burden. Therapy is currently limited to drugs that interfere with the immune
system; treatment options that primarily mediate neuroprotection and prevent
neurodegeneration are not available. Here, we studied the effects of nimodipine
on the rat cell line OLN-93, which resembles young mature oligodendrocytes.
Oligodendrocytes are glial cells in the CNS generating the myelin sheath that
surrounds axons and is highly important for rapid signal conduction by saltatory
excitation. During the course of MS, a key pathophysiological mechanism is the
destruction of oligodendrocytes. Nimodipine is a dihydropyridine that can cross
the blood-brain barrier and blocks the voltage-gated L-type calcium channel
family members Cav1.2 and Cav1.3. Our data show that treatment of OLN-93
cells with nimodipine induced the upregulation of myelin genes, in particular of
proteolipid protein 1 (Plp1) in RT-qPCR. This was confirmed by a significantly
higher expression of PLP1 in immunofluorescence analysis and the presence of
myelin structures in the cytoplasm at the ultrastructural level. Whole-genome
RNA sequencing additionally revealed the upregulation of genes that are involved
in neuroprotection, remyelination, and antioxidation pathways. For example, our
results indicate an involvement of the Notch signaling pathway and mechanisms
involved in peripheral Schwann cell myelination. Interestingly, the observed
effects were independent of Cav1.2 and Cav1.3 because OLN-93 cells did not
express the corresponding genes in RT-PCR and there was no measurable
response pattern in patch-clamp analysis. Taking into consideration previous
studies that have demonstrated a beneficial effect of nimodipine on microglia, our
data support the notion that nimodipine may also exert direct effects on
oligodendrocytes and may thus be an interesting drug candidate for the treatment
of MS and other demyelinating diseases.
Zusammenfassung
Hintergrund und Ziele
Die autonome Innervation der Niere steht im Zusammenhang mit der Entstehung
von arterieller Hypertonie aber auch mit entzündlichen Prozessen [46, 80].
Es wurde gezeigt, dass renale Afferenzen peptiderge Eigenschaften besitzen. Das
bedeutet, dass diese Afferenzen zur Sekretion proinflammatorischer Peptide
(Substanz P, CGRP) befähigt sind, die im Tiermodell die Entstehung einer
Nephritis begünstigten [75]. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass rund die
Hälfte der renal-afferenten Nervenzellen aus Hinterwurzelganglien ein
charakteristisches, kontinuierliches Aktionspotentialmuster (tonisches
Verhaltensmuster) als Reaktion auf Strominjektionen zeigen. Neurone nicht-renalen Ursprungs hingegen wiesen ein größtenteils phasisches Verhaltensmuster
auf (weniger als fünf Aktionspotentiale als Reaktion auf dieselbe Strominjektion)
[29]. Im Versuch sollte nun gezeigt werden, ob und wie sich die elektrischen
Eigenschaften der renalen Afferenzen nach der Zugabe eines
Entzündungsmediators verändern. Die Hypothese, dass das proinflammatorische
Chemokin CXCL1 das Aktionspotentialmuster verändert und somit zu einer
Veränderung der Erregbarkeit dieser Nervenzellen in vitro führt ist das Kernstück
dieser Forschungsarbeit [21].
Ein Teil der Ergebnisse dieser Arbeit wurde bereits publiziert (Ditting T, Freisinger
W, Rodinova K, Schatz J., Lale N, Heinlein S, Linz P, Ott C, Schmieder RE,
Scorgin KE and Veelken R., Impaired excitability of renal afferent innervation after
exposure to the inflammatory chemokine CXCL1. Am J Physiol Renal Physiol 310:
F364-F371, 2016).
Methoden
Gegenstand der Untersuchung waren Neurone der Hinterwurzelganglien
männlicher Sprague-Dawley-Ratten [21]. Die subkapsuläre Injektion eines
retrograd axonal transportierten Fluoreszenzfarbstoffes in beide Nieren
ermöglichte nach sieben Tagen Einwirkzeit die Identifizierung von renal-afferenten
Zellen und somit eine Unterscheidung von Afferenzen nicht renalen Ursprungs in
der Zellkultur aus entnommenen Hinterwurzelganglien [21]. Beide Zellarten
wurden mittels Patch-Clamp Technik im Current-Clamp sowie im Voltage-Clamp
Modus auf unterschiedliche elektrophysiologische Aspekte hin untersucht [21]. Die
entnommenen Neurone der Hinterwurzelganglien aus TH11-L2 wurden dazu
zwanzig Stunden mit dem Chemokin CXCL-1 inkubiert bevor eine Messung mittels
Patch Clamp Verfahren erfolgte [21]. Anschließend durchgeführte Current- sowie
Voltage-Clamp-Messungen sollten Änderungen elektrophysiologischer
Eigenschaften der Neurone zeigen. Current-Clamp-Messungen wurden zur
Charakterisierung von tonischen Neurone, mit einem anhaltenden Feuermuster,
sowie phasischen Neuronen, mit einem Feuermuster welches weniger als 5
Aktionspotentiale auf Strominjektionen zeigte, herangezogen. Die gemessenen
Aktionspotentialeigenschaften renaler sowie nicht renaler Neurone wurden mit
entsprechenden Kontrollen verglichen. Neben den Aktionspotentialeigenschaften
wurden Auswertungen zu Ganzzell-Membran-Strom Eigenschaften durchgeführt
(Voltage-Clamp) um Stromänderungen an Natrium-und Kaliumkanälen zu zeigen.
Ergebnisse und Beobachtungen
Nicht-inkubierte, renale Neurone wiesen zu 58,9% und nicht-renale Neurone zu
7,8% (der untersuchten Zellen), ein tonisches Aktionspotential-Muster auf
(*P<0,05) [21]. Hingegen zeigten renale Neurone, die mit CXCL1 inkubiert
wurden, signifikant weniger tonische Neurone (35,6% vs. 58,9%, *P<0,05),
wohingegen mehr phasische Nervenzellen auffielen [21]. Des Weiteren war die
Frequenz der Aktionspotentiale in der Gruppe der tonischen Zellen, auch die der
CXCL1-behandelten Zellen nicht signifikant verändert, wohingegen die niedrige
AP-Frequenz phasischer Neurone durch die CXCL1-Exposition noch weiter abfiel
[21]. (Kontrolle – Median: 1 AP/600ms, 25. Perzentile: 1 AP/600ms , 75.
Perzentile: 2 AP/600ms; CXCL1* – Median: 1 AP/600ms, 25. Perzentile: 1
AP/600ms, 75. Perzentile: 1 AP/600ms; *P<0,05) [21]. Die Analyse der Ganzzell-Membranstrom-Eigenschaften erbrachte weitere Ergebnisse, die in der o.g.
Publikation nicht enthalten sind. Renal-tonische Zellen zeigten durch die
Inkubation mit CXCL1 keine Veränderungen der Natrium-Aktivierung /
Inaktivierung, jedoch eine messbare Veränderung der Kalium-Aktivierung.
Dagegen bewirkte CXCL1 bei den phasischen Zellen (renal und nicht-renal) eine
Verstärkung der Natrium- und der Kalium-Aktivierung, jedoch eine Verminderung
der Natrium-Inaktivierung. Des Weiteren zeigte sich in diesen Gruppen unter
Einfluss von CXCL1 eine größere Streubreite der maximalen Natrium-Aktivierung,
ähnlich der Streubreite bei den renal-tonischen Zellen.
Praktische Schlussfolgerungen
CXCL1-inkubierte renal-afferente Nervenzellen zeigten vermehrt phasische
Erregungsmuster und somit eine verminderte Erregbarkeit [21]. Signifikante
Veränderungen der AP-Eigenschaften phasischer und tonischer Neurone wiesen
auf eine veränderte Natriumkanalaktivität hin [21]. Diese führte wahrscheinlich
durch eine geänderte Inaktivierung, zu einer verminderten Aktionspotentialaktivität
[21]. Ergebnisse der Voltage-Clamp Versuche zeigten signifikante Veränderungen
in der Natrium-Aktivierung / Inaktivierung und der Kalium-Aktivierung bei den
phasischen Neuronen, und eine Streuungsbreite der Natriumaktivierung, die der
der tonischen Zellen entspricht. Diese Daten könnten darauf hinweisen, dass eine
Gruppe von tonischen Neuronen existiert, die unter pathologischen Bedingungen
phasische Eigenschaften annehmen.
The cranial neural crest plays a fundamental role in orofacial development and morphogenesis. As a pluripotent and dynamic cell population, the cranial neural crest is undergoing vast transcriptional alterations throughout embryogenesis and the formation of facial structures. Changes in expression patterns are brought about by several transcription factors and chromatin modifying complexes such as the Ep400/Tip60 complex. As combined chromatin remodeler and histone acetyltransferase the complex has two catalytically active subunits, Ep400 and Kat5. Previously it was noted that a neural crest specific deletion of either Ep400 or Kat5 caused orofacial deformations in mice and that heterozygous KAT5 mutations in humans are linked to the development of orofacial clefts. While the relevance of the Ep400/Tip60 complex for the cranial neural crest is thus established, the molecular causes and mechanisms were still unknown.
In this study we selectively inactivated Ep400 and Kat5 in the murine cranial neural crest cell line O9-1 and analyzed the transcriptomic changes to examine its role in neural crest biology. The inactivation of either subunit independently resulted in the reduced expression of genes linked to pathways involved in carbohydrate and amino acid metabolism as well as protein synthesis. Chromatin precipitation established the direct presence of Ep400/Tip60 in the promoter regions of several deregulated genes. In vitro assays confirmed the reductions in glycolytic ATP production and translation on a cellular level, as well as a significant reduction in proliferation rate. Following Ep400 and Kat5 inactivation in the mouse using floxed alleles and the neural crest-specific Wnt1-Cre, the same genes were found to be downregulated in the neural crest-derived early embryonic pharyngeal arch tissue. The tissue also showed reduced proliferation and increased apoptosis. In later embryonic stages, homozygous Kat5 inactivation resulted in almost complete ablation of all orofacial strictures, whereas heterozygous inactivation led to the development of a cleft palate and hypoplasia of the mandible.
In summary, this study demonstrated a direct regulation of energy metabolism and protein synthesis by Ep400/Tip60 in the cranial neural crest. Impaired activity of these processes by Ep400/Tip60 mutations led to reduced proliferation, increased apoptosis, and hypoplasia of the neural crest and its derivatives, which in the heterozygous state resulted in the formation of orofacial clefts. This study established the importance of chromatin remodeling as an important factor in early cranial neural crest development and orofacial cleft pathogenesis.
Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Auswirkungen von Aminobisphosphonaten auf die postoperative Makrophagenpolarisierung nach Zahnextraktion im Unterkiefer und Frakturheilung der Tibia nach Osteotomie und Plattenosteosynthese bei der Wistar-Ratte zu ermitteln. Makrophagen spielen hinsichtlich ihrer Polarisierung (M1 vs. M2) eine unterschiedliche Rolle bei Entzündungsprozessen und geben somit einen Hinweis darauf, ob ein proinflammatorisches Geschehen im Gewebe vorliegt oder eine Wundheilung stattfindet. Aus entwicklungsbiologischer Sicht ist bekannt, dass sich der kraniofaziale Knochen vom restlichen Axialskelett hinsichtlich Entstehung, Remodeling und Wundheilung unterscheidet. Trotz widersprüchlicher Angaben in der Literatur bezüglich der Makrophagen- und Osteoklastenpolarisierung gibt es eindeutige Belege, die zeigen, dass Bisphosphonate (BPs) die Immunantwort im Kiefer beeinflussen durch Hemmung von Msx1 (Muscle segment homeobox gene 1), das wesentlich am kieferspezifischen Remodeling beteiligt ist. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag bei dem potenziell immunmodulierenden Einfluss der Bisphosphonat-Applikation auf den Operationssitus des Kiefers und der Tibia sowie deren Vergleich. Dabei wurde das Expressionsverhalten der Makrophagen (CD68 und CD163) in den einzelnen Knochenkompartimenten des Kiefers (Knochenmark und Spongiosa) sowie in denen der Tibia (Knochenmark und Narbengewebe) untersucht und miteinander verglichen, um differenzierte Aussagen über das Entzündungsgeschehen im jeweiligen Gewebe treffen zu können, abhängig von vorangegangener Bisphosphonat-Medikation und Operation.
Für die Studie wurden die aus dem DFG-Projekt WE 52721/1-1 gewonnene Rattenproben herangezogen und immunhistochemisch analysiert. Die Wistar-Ratten wurden in 4 Versuchsgruppen unterteilt (G1, G2, G3, G4). Die Gruppen 1 und 2 wurden im Gegensatz zu 3 und 4 nicht operiert. Die Tiere aus Gruppe 2 und 4 erhielten eine wöchentliche Zoledronat-Injektion über 8 Wochen. Nach Defektsetzung in Kiefer und Tibia bei Gruppe 3 und 4 wurden in regelmäßigem Abstand gleichzeitig Proben aus dem Operationssitus und der nicht operierten Gegenseite entnommen. Von den fixierten Proben wurden Schnitte angefertigt, die immunhistochemisch gefärbt und vollständig digitalisiert wurden. Repräsentative Ausschnitte wurden daraufhin mittels eines Computerprogramms ausgewertet. Es folgte die Ermittlung der Anzahl der CD68- und CD163-positiven Zellen pro Fläche wie auch des Labeling Index (LI), bestehend aus der Anzahl der positiven Zellen pro Gesamtzellzahl, und das Verhältnis von CD163- zu CD68-positiven Zellen. Die gewonnenen Daten aus jeder Probe und Untersuchungseinheit wurden zusammengefasst und quantitativ mittels Medians, Standardabweichung und p-Wertes (Signifikanz p≤0.05; Mann-Whitney-U-Test) dargestellt. Aufgrund der Fragestellung hinsichtlich der Bisphosphonat-abhängigen Makrophagenpolarisation im operierten Kiefer bzw. in der operierten Tibia, waren Gruppe 3 und Gruppe 4 Gegenstand der Untersuchung in dieser Arbeit. Die Daten aus Gruppe 1 und 2, die in anderen Dissertationsprojekten analysiert wurden, dienten zu Vergleichszwecken, wurden aber nicht näher thematisiert.
Nach Zahnextraktion im Kiefer war im Bereich des Knochenmarks die CD68-Expression signifikant höher unter zusätzlichem Einfluss von Aminobisphosphonaten als durch die Zahnextraktion allein (p<0.001). In der Spongiosa des Kiefers wiesen die operierte Kieferseite und die Gegenseite, in der keine Defektsetzung stattfand, eine signifikant höhere CD68-Expression nach BP-Gabe auf (OP-Seite: p<0.001, Kontrollseite: p=0.004). Das Verhältnis aus CD163 zu CD68 war unabhängig von der BP-Gabe nach Zahnextraktion im Gebiet der Spongiosa niedriger als im Knochenmark des Kiefers (Gruppe 3: p=0.011, Gruppe 4: p=0.029). Im Knochenmark der operierten Tibia nahm die zusätzliche Zoledronat-Applikation keinen Einfluss auf die Expression von CD68, CD163 und auf das Verhältnis von CD163 zu CD68 nach Osteotomie und Osteosynthese. Im Narbengewebe der Tibia zeigte sich ein signifikanter Anstieg von CD68-positiven Zellen in Gruppe 4, die Bisphosphonate erhielt (p=0.020). Das Narbengebiet wies eine Zunahme der CD68-Expression (p=0.020) und ein niedrigeres Verhältnis von CD163 zu CD68 (p<0.001) als das Knochenmark der operierten Tibia unter Zoledronat-Einfluss auf. Vergleicht man postoperativ die Kompartimente des Kiefers mit dem Knochenmark der Tibia, sah man eine signifikant höhere Expression von CD68 und ein signifikant niedrigeres Verhältnis von CD163 zu CD68 im Kiefer. Dagegen zeigten sich keine signifikanten Unterschiede in der Expression von CD68 und im Verhältnis von CD163 zu CD68 im Kiefer, verglichen mit der Narbenregion der Tibia.
Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass Aminobisphosphonate einen immunmodulierenden Einfluss auf die gewebespezifische Entzündung in Kiefer und Tibia nach chirurgischer Intervention haben. Nach Zahnextraktion im Kiefer war eine vermehrte Makrophagenexpression zu sehen durch zusätzliche Zoledronat-Applikation. Die Spongiosa wies dabei unabhängig von der BP-Gabe eine höhere M1-Polarisation als das Knochenmark des Kiefers auf. Die zusätzliche BP-Medikation löste im Knochenmark der operierten Tibia keine veränderte Makrophagenexpression aus, wohingegen im Vergleich dazu in der Narbenregion der Tibia ein Shift in der Makrophagenpolarisation zu den proinflammatorischen M1-Makrophagen stattfand. Das Narbengewebe der Tibia zeigte eine ähnliche Makrophagenexpression wie die des Kiefers. Die Defektsetzung in Kiefer bzw. Tibia sind nicht ausschlaggebend allein für die Makrophagenexpression. Die embryologisch unterschiedliche Abstammung beider Knochenarten könnte einen Ansatz für die Erklärung der Kompartiment-abhängigen Makrophagenpolarisierung liefern.
Ontamalimab is a therapeutic candidate antibody targeting MAdCAM-1, intended for the treatment of inflammatory bowel diseases (IBD), of which the main entities are ulcerative colitis and Crohn’s disease. During such inflammation of the gut, T cells home to the affected tissue via the interaction of integrin α4β7 on the T cell surface with MAdCAM-1 on the surface of endothelial cells. Blockade of this interaction using the anti-α4β7 integrin antibody vedolizumab has been successfully used for the treatment of IBD since 2014. Nevertheless, not all patients benefit from this treatment. Therefore, the goal of this study was to investigate the mechanism of action of ontamalimab and to directly compare it with vedolizumab. Starting with general research about MAdCAM-1 itself, this work shows that IBD patients with acute inflammation express higher levels of MAdCAM-1 and that only one transcript variant is predominantly expressed. Several cytokines, transcription factors and adhesion molecules also showed altered expression in IBD patients compared to controls. While short chain fatty acids might reduce the expression of MAdCAM-1, TNFα was shown to induce it. TNFα was further associated with shedding of MAdCAM-1, which supports previous suggestions that soluble (s-)MAdCAM-1 may be a biomarker for intestinal inflammation. Ontamalimab caused the internalization of MAdCAM-1, thereby not only blocking its interaction to ligands, but also entirely removing it from the cell surface. Moreover, ontamalimab significantly inhibited the L-selectin/MAdCAM-1-mediated rolling of several immune cell subsets, including T cells, granulocytes and monocytes, while firm adhesion of several T cell subsets was equally blocked by ontamalimab and vedolizumab. Homing of T cells into the gut of mice with dextran sodium sulfate-(DSS-) induced colitis was significantly reduced by an anti-MAdCAM-1 treatment with MECA367 and to a lesser, not significant extent also by anti-α4β7 integrin (DATK32). After demonstrating that the two antibody treatments affect the T-cell homing process differently, further effects of an anti-MAdCAM-1 treatment were investigated in experimental colitis models, also with regard to innate immune cells, in comparison to an anti-α4β7-integrin treatment. In a T cell transfer colitis model, DATK32 and MECA367 treatment led to significantly reduced histological scores and diminished CD4+ T cell abundance in the colon. However, weight loss and abundance of innate immune cells remained unaffected by either treatment. Similar results were obtained in DSS-colitis experiments, that are not primarily T cell-dependent. Moreover, the wound healing process in mice without intestinal inflammation was not affected by DATK32 or MECA367 administration.
In conclusion, these data show that MAdCAM-1 expression and regulation play an important role for the pathogenesis of IBD. Therapeutic blockade of MAdCAM-1 with ontamalimab has a distinct mechanism that is different from α4β7 integrin blockade with vedolizumab. It remains to be elucidated which effects ontamalimab might have on innate immune cells, which is particularly important for understanding the results of the clinical trials. This study substantially increases our understanding of the specific mode of action of anti-trafficking therapies in IBD and might contribute to optimized future treatment strategies.
<p xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance">The treatment of cancer was revolutionized within the last two decades by utilizing the mechanism of the immune system against malignant tissue in so-called cancer immunotherapy. Two main developments boosted cancer immunotherapy: 1) the use of checkpoint inhibitors, which are characterized by a relatively high response rate mainly in solid tumors; however, at the cost of serious side effects, and 2) the use of chimeric antigen receptor (CAR)-T cells, which were shown to be very efficient in the treatment of hematologic malignancies, but failed to show high clinical effectiveness in solid tumors until now. In addition, active immunization against individual tumors is emerging, and the first products have reached clinical approval. These new treatment options are very cost-intensive and are not financially compensated by health insurance in many countries. Hence, strategies must be developed to make cancer immunotherapy affordable and to improve the cost-benefit ratio. In this review, we discuss the following strategies: 1) to leverage the antigenicity of “cold tumors” with affordable reagents, 2) to use microbiome-based products as markers or therapeutics, 3) to apply measures that make adoptive cell therapy (ACT) cheaper, e.g., the use of off-the-shelf products, 4) to use immunotherapies that offer cheaper platforms, such as RNA- or peptide-based vaccines and vaccines that use shared or common antigens instead of highly personal antigens, 5) to use a small set of predictive biomarkers instead of the “sequence everything” approach, and 6) to explore affordable immunohistochemistry markers that may direct individual therapies.</p>
Periodic ethanol supply as a path toward unlimited lifespan of Caenorhabditis elegans dauer larvae
(2023)
<p xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">The dauer larva is a specialized stage of worm development optimized for survival under harsh conditions that have been used as a model for stress resistance, metabolic adaptations, and longevity. Recent findings suggest that the dauer larva of <italic>Caenorhabditis elegans</italic> may utilize external ethanol as an energy source to extend their lifespan. It was shown that while ethanol may serve as an effectively infinite source of energy, some toxic compounds accumulating as byproducts of its metabolism may lead to the damage of mitochondria and thus limit the lifespan of larvae. A minimal mathematical model was proposed to explain the connection between the lifespan of a dauer larva and its ethanol metabolism. To explore theoretically if it is possible to extend even further the lifespan of dauer larvae, we incorporated two natural mechanisms describing the recovery of damaged mitochondria and elimination of toxic compounds, which were previously omitted in the model. Numerical simulations of the revised model suggested that while the ethanol concentration is constant, the lifespan still stays limited. However, if ethanol is supplied periodically, with a suitable frequency and amplitude, the dauer could survive as long as we observe the system. Analytical methods further help to explain how feeding frequency and amplitude affect lifespan extension. Based on the comparison of the model with experimental data for fixed ethanol concentration, we proposed the range of feeding protocols that could lead to even longer dauer survival and it can be tested experimentally.</p>
Hintergrund und Ziele:
Die Wahrscheinlichkeit eine diabetische Nephropathie (DN) zu entwickeln hängt, insbesondere bei Typ 2 Diabetikern, von einer genetischen Prädisposition ab. Dem Carnosin-Carnosinase-System wird hierbei eine besondere Bedeutung zugeschrieben. Ein Polymorphismus im CNDP1 Gen (5L, Mannheim Allel), welches für die Carnosinase-1 (CN-1) kodiert, scheint der Entwicklung einer DN entgegenzuwirken, indem es durch geringe Sekretion von CN-1 dafür sorgt, dass weniger protektives Carnosin (CAR) abgebaut wird. Bisher ist noch nicht viel über die Verteilung von CN-1 und CN-2 in der Niere im Vergleich zu anderen humanen Geweben und die Veränderungen dieses Enzymsystems in Nieren von Diabetikern bekannt.
Methoden:
Um dies zu ergründen, wurde die gewebespezifische Expression von CN-1 und CN-2 in humanen, adulten und fetalen Geweben mittels immunhistochemischer Färbungen untersucht. Des weiteren wurde die intrarenale Lokalisation und Verteilung sowie die mRNA-Konzentration von CN-1 und CN-2, die CN-1 Aktivität und Carnosin-Spiegel bei Patienten mit Diabetes Typ 2 (DM2) ohne und mit DN und verschiedenen Stadien der Proteinurie im Vergleich zu einer gesunden Kontrollgruppe analysiert. Hierzu wurden immunhistochemische Färbeergebnisse densitometrisch ausgewertet, Mehrfach-Immunfluoreszenzfärbungen angefertigt, RNA-Analyse mittels real-time PCR (Taqman) durchgeführt und biochemische Analyse-Methoden (HPLC) benutzt.
Ergebnisse und Beobachtungen:
Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass CN-1 und CN-2 unter physiologischen Bedingungen in speziellen Zellen verschiedener Organe/Gewebe (insb. Oberflächenepithelien) und bereits zu einem frühen Zeitpunkt der Entwicklung in spezifischer Weise in der Niere zu detektieren sind. In der gesunden adulten Niere sind die Carnosin-abbauenden Enzyme, wie bereits embryonal, in unterschiedlichen Abschnitten des Nephrons zu finden. Während CN-1 sporadisch in einzelnen proximalen Tubuli der Markstränge und an der kortikomedullären Grenze und in geringer Menge auch in distalen Tubuli und Podozyten zu detektieren ist, lässt sich CN-2 ausschließlich in distalen Tubuli und in Podozyten nachweisen. Bereits in frühen Stadien des DM ohne klinisch oder morphologisch erkennbare Nierenschädigung lässt sich vereinzelt eine Reallokation und Zunahme beider Enzyme in proximalen Tubuli beobachten, welche nicht auf eine gesteigerte lokale, renale Genexpression zurückzuführen ist. Trotz dieser Zunahme und einer zusätzlich zu beobachtenden Erhöhung der CN-1 Aktivität war in diesem Kollektiv keine Abnahme der intrarenalen Carnosin-Spiegel zu verzeichnen. Diabetiker mit verschiedenen Stadien der DN zeigen hingegen eine CN-1- und CN-2-Anreicherung in Podozyten und eine signifikante quantitative Zunahme von CN-1 und CN-2 in proximalen Tubuli, welche mit dem Schweregrad der Proteinurie zusammenhängt.
Schlussfolgerungen und Diskussion:
Eine DN bei Patienten mit DM2 führt zu einem Anstieg der intrarenalen CN-1 und CN-2 Konzentration in proximalen Tubulusepithelien und glomerulären Podozyten. Die Zunahme dieser Proteine scheint hierbei eher das Resultat einer intrarenalen Anreicherung in Folge einer vermehrten Rückresorption von Proteinen aus dem Primärharn als das Produkt einer gesteigerten lokalen Genexpression zu sein. Es muss noch geklärt werden, ob und wie diese Veränderungen intrarenale Carnosin-Spiegel bei Patienten mit fortgeschrittener DN beeinflussen und möglicherweise zur Diabetes-induzierten Nierenschädigung beitragen.