@phdthesis{Krueger2014,
  author    = {Kr{\"u}ger, Alice},
  title     = {Die Entwicklung regenerativer Implantatmatrices auf der Basis von Kollagen Typ I zur Anwendung bei degenerativen Bandscheibenerkrankungen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-106504},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Degenerative Bandscheibenerkrankungen wie Protrusionen oder vorgefallenes Nukle-usgewebe f{\"u}hren h{\"a}ufig zu chronischen Schmerzen und schr{\"a}nken die Bewegungsmo-bilit{\"a}t sehr ein. Operative Behandlungsm{\"o}glichkeiten wie die Nukleotomie oder die Fusion von Wirbelk{\"o}rpern stellen traumatische Eingriffe in das komplexe System der Wirbels{\"a}ule dar. Biologische Verfahren, durch die eine Regeneration des gesch{\"a}digten Gewebes erzielt werden kann, sind klinisch bisher nicht etabliert. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung, Herstellung und Testung regenerativer azellul{\"a}-rer Implantatmatrices auf der Basis von Kollagen Typ I, die den degenerierten Nukleus pulposus ersetzen sollen. Insbesondere eine H{\"o}henminderung der Bandscheibe kann zu Anschlussdegenerationen benachbarter Segmente f{\"u}hren. Dies soll durch die Implan-tatmatrix ausgeglichen werden. Nach der Konstruktion und dem Bau eines Reaktors aus dem Hochleistungskunststoff Polytetrafluorethylen (PTFE), der allen Anforderungen eines CE-Konformit{\"a}tsbewertungsverfahrens entspricht, wird eine hoch verdichtete Kollagen Typ I Matrix mit einer St{\"a}rke von 1 mm hergestellt. Diese kann {\"u}ber den Pro-zess der Lyophilisation auf 0,6 mm weiter reduziert werden. Es gelingt, die Matrix in einer Edelstahlh{\"u}lse zu platzieren, {\"u}ber die mit Hilfe eines passgenauen F{\"u}hrungssta-bes die endoskopische Implantation in die Nukleuskavit{\"a}t erfolgen soll. Im Rahmen der Interkorporellen Fusionstage des Diakonie Klinikums Stuttgart wird das operative Handling an einem humanem Pr{\"a}parat simuliert. Die Implantation erfolgt offen {\"u}ber einen transforaminalen Zugang in zwei nukleotomierte Segmente der lumbalen Wir-bels{\"a}ule. Die anwesenden Wirbels{\"a}ulenchirurgen beurteilen die M{\"o}glichkeit der endo-skopischen Applikation als positiv und machbar. Durch den Zusatz des Polysaccharids Hyalurons{\"a}ure gelingt es, die Quelleigenschaften der hoch verdichteten Matrix zu steigern, so dass diese wie natives Nukleusgewebe in der Lage ist, Fl{\"u}ssigkeit in Ruhe wieder aufzunehmen. Das Quellpotential und die da-mit einhergehende Volumenzunahme nach Kompression sind f{\"u}r ein Nukleusersatzma-terial essentiell. Die hier verwendete Hyalurons{\"a}ure geht jedoch im offenen System der in vitro Inkubation innerhalb von 11 Tagen verloren. Dennoch zeigen sich weitere Vorteile gegen{\"u}ber der Matrix ohne Hyalurons{\"a}ure-Zusatz innerhalb der Testungen heraus. Diese sind neben dem erh{\"o}hten Quellpotential z. B. eine gesteigerte Rate der Zellproliferation der verwendeten bovinen und humanen Bandscheibenzellen (bBSZ und hBSZ) sowie humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC), die {\"u}ber die Be-stimmung der Zellzahl und Viabilit{\"a}t ermittelt wird. Zudem zeigt sich eine gesteigerte mechanische Stabilit{\"a}t, die {\"u}ber die Spannungs-Kompressions-Messungen evaluiert wird. {\"U}ber Lebend-/ Totf{\"a}rbungen und Zytotoxizit{\"a}tstests an Monolayerkulturen kann zudem nachgewiesen werden, dass die notwendige Endsterilisation durch γ-Bestrahlung zu keinen zytotoxischen Ver{\"a}nderungen der Matrix f{\"u}hrt. Da die verdich-tete Implantatmatrix azellul{\"a}r als Medizinprodukt der Klasse III eingesetzt werden soll, wird als erg{\"a}nzende Matrix zur F{\"u}llung kleinster Hohlr{\"a}ume die zun{\"a}chst fl{\"u}ssige ChondroFillerliquid Matrix (ein Knorpelersatzmaterial der Firma Amedrix GmbH, Esslin-gen) durch den Zusatz von Hyalurons{\"a}ure modifiziert und in der Zellkultur getestet. Da es sich hierbei um ein Zweikammerspritzensystem handelt, ist die Verwendung von Additiva wie z. B. Stammzellen technisch m{\"o}glich. Die Ermittlung der maximalen Inku-bationszeit von Zellen in verschieden konzentrierten hyperosmotischen Neutralisations-l{\"o}sungen ergibt eine Dauer von 5 min, bis irreversible Zellsch{\"a}den auftreten. In Migra-tionsversuchen kann gezeigt werden, dass die ChondroFillerliquid Matrix als Konektiv zwischen nativem Nukleusgewebe und verdichteter Implantatmatrix fungiert. Des Wei-teren synthetisieren bBSZ, hBSZ und hMSC sulfatierte Glykosaminoglykane und behal-ten dabei ihr charakteristisches Genexpressionsprofil. Die chondrogene Differenzie-rung durch die Verwendung eines chondrogenen Differenzierungsmediums gelingt bei den hMSC bereits nach einer Kultivierungsdauer von 14 d. Die Zellverteilung in den Implantatmatrices und deren Morphologie entspricht dem nativen Nukleusgewebe. Die biomechanische Testung an einem international anerkannten Modellsystem f{\"u}r humane Wirbels{\"a}ulen - der Kalbswirbels{\"a}ule - ergibt, dass die Nukleotomie zu einer Erh{\"o}hung des Range of Motion (RoM) in alle Richtungen nach Flexion/Extension, Seit-neigung rechts/links und axiale Rotation rechts/links sowie zu einer H{\"o}henreduktion des Segments im Vergleich zum Intaktzustand f{\"u}hrt. Nach der Implantation der ver-dichteten Implantatmatrix wird der RoM deutlich reduziert. Das Segment weist dadurch eine hohe Steifigkeit {\"a}hnlich dem Intaktzustand auf. Die H{\"o}henreduktion kann durch die Implantation beinahe vollst{\"a}ndig wieder ausgeglichen werden. Im Rahmen der zyklischen Dauerbelastungen treten jedoch Implantatextrusionen auf. Zudem nimmt die Steifigkeit deutlich ab, der RoM hingegen wieder zu. Da das bovine Modell jedoch nicht der in vivo Situation entspricht und beispielsweise eine zunehmende In-tegration des Implantats durch Einwachsen nicht erm{\"o}glicht, ist die hohe Extrusionsra-te als nicht realistisch zu werten. Klinische Studien am Tier und Mensch m{\"u}ssen zeigen, inwieweit derartige Extrusionen ohne die Verwendung eines Anulusverschlußsystems auftreten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, einen geeigneten Reaktor zu ent-wickeln und mit diesem eine biokompatible, stabile und quellf{\"a}hige Matrix herzustel-len, die den H{\"o}henverlust nach einer Nukleotomie auszugleichen vermag. Die modifi-zierte ChondroFillerliquid Matrix stellt eine ideale Erg{\"a}nzung dar, da {\"u}ber diese Zellen oder andere Additiva verabreicht werden k{\"o}nnen und deren konektive Wirkung die Zellbesiedlung der azellul{\"a}ren Matrix beg{\"u}nstigt.},
  subject      = {Bandscheibenkrankheit},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ullrich2014,
  author    = {Ullrich, Melanie},
  title     = {Identification of SPRED2 as a Novel Regulator of Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis Activity and of Body Homeostasis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107355},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {SPRED proteins are inhibitors of the Ras/ERK/MAPK signaling pathway, an evolutionary highly conserved and very widespread signaling cascade regulating cell proliferation, differentiation, and growth. To elucidate physiological consequences of SPRED2 deficiency, SPRED2 KO mice were generated by a gene trap approach. An initial phenotypical characterization of KO mice aged up to five months identified SPRED2 as a regulator of chondrocyte differentiation and bone growth. Here, the loss of SPRED2 leads to an augmented FGFR-dependent ERK activity, which in turn causes hypochondroplasia-like dwarfism. However, long term observations of older KO mice revealed a generally bad state of health and manifold further symptoms, including excessive grooming associated with severe self-inflicted wounds, an abnormally high water uptake, clear morphological signs of kidney deterioration, and a reduced survival due to sudden death. Based on these observations, the aim of this study was to discover an elicitor of this complex and versatile phenotype. The observed kidney degeneration in our SPRED2 KO mice was ascribed to hydronephrosis characterized by severe kidney atrophy and apoptosis of renal tubular cells. Kidney damage prompted us to analyze drinking behavior and routine serum parameters. Despite polydipsia, which was characterized by a nearly doubled daily water uptake, the significantly elevated Na+ and Cl- levels and the resulting serum hyperosmolality could not be compensated in SPRED2 KOs. Since salt and water balance is primarily under hormonal control of aldosterone and AVP, we analyzed both hormone levels. While serum AVP was similar in WTs and KOs, even after experimental water deprivation and an extreme loss of body fluid, serum aldosterone was doubled in SPRED2 KO mice. Systematic investigation of contributing upstream hormone axes demonstrated that hyperaldosteronism developed independently of an overactivated Renin-Angiotensin system as indicated by halved serum Ang II levels in KO mice. However, aldosterone synthase expression in the adrenal gland was substantially augmented. Serum corticosterone, which is like aldosterone released from the adrenal cortex, was more than doubled in SPRED2 KOs, too. Similar to corticosterone, the production of aldosterone is at least in part under control of pituitary ACTH, which is further regulated by upstream hypothalamic CRH release. In fact, stress hormone secretion from this complete hypothalamic-pituitary-adrenal axis was upregulated because serum ACTH, the mid acting pituitary hormone, and hypothalamic CRH, the upstream hormonal inductor of HPA axis activity, were also elevated by 30\% in SPRED2 KO mice. This was accompanied by an upregulated ERK activity in paraventricular nucleus-containing hypothalamic brain regions and by augmented hypothalamic CRH mRNA levels in our SPRED2 KO mice. In vitro studies using the hypothalamic cell line mHypoE-44 further demonstrated that both SPRED1 and SPRED2 were able to downregulate CRH promoter activity, CRH secretion, and Ets factor-dependent CRH transcription. This was in line with the presence of various Ets factor binding sites in the CRH promoter region, especially for Ets1. Thus, this study shows for the first time that SPRED2-dependent inhibition of Ras/ERK/MAPK signaling by suppression of ERK activity leads to a downregulation of Ets1 factor-dependent transcription, which further results in inhibition of CRH promoter activity, CRH transcription, and CRH release from the hypothalamus. The consecutive hyperactivity of the complete HPA axis in our SPRED2 KO mice reflects an elevated endogenous stress response becoming manifest by excessive grooming behavior and self-inflicted skin lesions on the one hand; on the other hand, in combination with elevated aldosterone synthase expression, this upregulated HPA hormone release explains hyperaldosteronism and the associated salt and water imbalances. Both hyperaldosteronism and polydipsia very likely contribute further to the observed kidney damage. Taken together, this study initially demonstrates that SPRED2 is essential for the appropriate regulation of HPA axis activity and of body homeostasis. To further enlighten and compare consequences of SPRED2 deficiency in mice and particularly in humans, two follow-up studies investigating SPRED2 function especially in heart and brain, and a genetic screen to identify human SPRED2 loss-of-function mutations are already in progress.},
  subject      = {Renin-Angiotensin-System},
  language  = {en}
}