TY - JOUR A1 - Bellut, Maximilian A1 - Bieber, Michael A1 - Kraft, Peter A1 - Weber, Alexander N. R. A1 - Stoll, Guido A1 - Schuhmann, Michael K. T1 - Delayed NLRP3 inflammasome inhibition ameliorates subacute stroke progression in mice JF - Journal of Neuroinflammation N2 - Background Ischemic stroke immediately evokes a strong neuro-inflammatory response within the vascular compartment, which contributes to primary infarct development under vessel occlusion as well as further infarct growth despite recanalization, referred to as ischemia/reperfusion injury. Later, in the subacute phase of stroke (beyond day 1 after recanalization), further inflammatory processes within the brain parenchyma follow. Whether this second wave of parenchymal inflammation contributes to an additional/secondary increase in infarct volumes and bears the potential to be pharmacologically targeted remains elusive. We addressed the role of the NLR-family pyrin domain-containing protein 3 (NLRP3) inflammasome in the subacute phase of ischemic stroke. Methods Focal cerebral ischemia was induced in C57Bl/6 mice by a 30-min transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO). Animals were treated with the NLRP3 inhibitor MCC950 therapeutically 24 h after or prophylactically before tMCAO. Stroke outcome, including infarct size and functional deficits as well as the local inflammatory response, was assessed on day 7 after tMCAO. Results Infarct sizes on day 7 after tMCAO decreased about 35% after delayed and about 60% after prophylactic NLRP3 inhibition compared to vehicle. Functionally, pharmacological inhibition of NLRP3 mitigated the local inflammatory response in the ischemic brain as indicated by reduction of infiltrating immune cells and reactive astrogliosis. Conclusions Our results demonstrate that the NLRP3 inflammasome continues to drive neuroinflammation within the subacute stroke phase. NLRP3 inflammasome inhibition leads to a better long-term outcome—even when administered with a delay of 1 day after stroke induction, indicating ongoing inflammation-driven infarct progression. These findings may pave the way for eagerly awaited delayed treatment options in ischemic stroke. KW - ischemic stroke KW - secondary infarct growth KW - neuroinflammation KW - middle cerebral artery occlusion KW - NLRP3 KW - inflammasome Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-300599 VL - 20 IS - 1 ER - TY - THES A1 - Stößel, Anna T1 - Auswirkungen zerebellärer Gleichstromstimulation auf das motorische Lernen bei gesunden älteren Probanden T1 - Effects of cerebellar anodal transcranial direct current stimulation on motor learning in healthy older adults N2 - Sowohl neurologische Erkrankungen als auch der natürliche Alterungsprozess gehen regelhaft mit einem Untergang von Neuronen einher und bedingen neurologische Funktionsverluste. Diese mit Hilfe nicht-invasiver Techniken, beispielsweise tDCS, zu reduzieren, stellt ein wichtiges Ziel der neurowissenschaftlichen Forschung dar. Neben Arbeiten, die tDCS-Effekte auf das motorische Lernen bei Stimulation des motorischen Kortex nachweisen konnten, gibt es auch Hinweise für solche Effekte bei Stimulation des Kleinhirns. Allerdings besteht derzeit noch eine hohe Variabilität und damit einhergehend eine schlechte Vergleichbarkeit der Studien bezüglich ihrer Stimulationsbedingungen. Das Ansprechen unterschiedlicher Altersgruppen bleibt unklar. In der vorliegenden Arbeit wurden die Effekte zerebellärer a-tDCS auf das motorische Lernen bei gesunden älteren Probanden untersucht. Im Cross-over-Design wurde zu unterschiedlichen Zeitpunkten (vor bzw. nach der motorischen Aufgabe) stimuliert und im 24-Stunden-Verlauf die Langzeitwirkung evaluiert. Gruppe A erhielt vor einer motorischen Übungsaufgabe eine zerebelläre Stimulation, entweder als a-tDCS oder Scheinstimulation, Gruppe B nach der Übungsaufgabe. Zur Überprüfung der Effekte auf das Sequenzlernen diente der Finger-Tapping-Task. Der Lernerfolg wurde anhand der Genauigkeit, der Sequenzdauer und des Skill-Index gemessen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine zerebelläre a-tDCS vor einer Übungsaufgabe zu einer Verbesserung der Konsolidierung der Fähigkeit, eine Zahlenfolge möglichst schnell und gleichzeitig genau einzutippen, führt, während die Stimulation nach einer Übungsaufgabe das motorische Lernen nicht zu beeinflussen scheint. Insgesamt stützen die Ergebnisse zum Teil die bisherigen Hinweise, dass eine zerebellär applizierte a-tDCS das motorische Lernen verbessern kann. Aufgrund einiger Limitationen, besonders der geringen Gruppengröße, verbleibt dieses Ergebnis jedoch vorläufig und bedarf einer Bestätigung in größeren Probandengruppen. Es bleibt von hohem Interesse, die optimalen Bedingungen für die Anwendung von tDCS am Kleinhirn zu definieren, um motorische Lernprozesse positiv zu beeinflussen. Dies ist die Voraussetzung dafür, zerebelläre tDCS mittelfristig auch zu therapeutischen Zwecken anwenden zu können. N2 - Neurological diseases as well as the natural aging process are regularly accompanied by a loss of neurons resulting into a loss of neurological function. Reducing these impactswith the help of non-invasive techniques, such as transcranial direct current stiumulation (tDCS), is an important goal of neuroscientific research. In addition to studies successfully providing evidence that tDCS is impacting motor learning when stimulating the motor cortex, indication of similar effects exist when stimulating the cerebellum. Unfortunately studies today only provide poor comparability given the underlying inconsistency in stimulation conditions and consequentially yielded results. The response of different age groups remains unclear. The following study explores the effects of cerebellar anodal transranial direct current simulation (a-tDSC) on healthy elderly subjects. Using a crossover design, patience were stimulated at different times (before or after the motor task) and long-term effects were evaluated over a 24-hour period. Group A received cerebellar stimulation prior to a motor exercise in form of an actual a-tDCS or sham stimulation, Group B received treatment after the exercise. The finger tapping task was used to verify the effects on sequence learning. Learning success was measured by accuracy, sequence duration, and skill index. The results indicate that cerebellar a-tDCS prior to the exercise task leads to enhanced consolidation of the ability to type a sequence of numbers quickly and accurately at the same time, whereas stimulation after the exercise task does not seem to affect motor learning. Overall, the results partially support previous evidence that cerebellar applied a-tDCS can improve motor learning. Due to some limitations, in particular the small sample size, results are preliminary and require confirmation across a larger population. Defining the optimal conditions for the application of tDCS to the cerebellum to positively influence motor learning processes remains of high interest. It is the prerequisite to enable application of cerebellar tDCS for therapeutic purposes in the medium term. KW - Motorisches Lernen KW - Kleinhirn KW - transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) KW - finger-tapping task (FTT) KW - zerebelläre Gleichstromstimulation KW - motor learning KW - tDCS Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-317930 ER - TY - THES A1 - Messinger, Julia T1 - Die Effekte von IVIG auf die Antikörperbindung und Komplementablagerung bei Anti-Neurofascin-positiver Nodo-Paranodopathie T1 - The effects of IVIG on antibody binding and complement deposition in anti-neurofascin associated neuropathy N2 - Autoantikörper gegen nodo-paranodale Proteine des Ranvier’schen Schnürrings wie Neurofascin-155 (NF-155), Contactin-1 und Caspr wurden in der Literatur bei Patienten/Patientinnen mit Immunneuropathien beschrieben. Bei zwei bis zehn Prozent der Patienten/Patientinnen mit Immunneuropathien können Autoantikörper gegen Isoformen des Neurofascin detektiert werden. Patienten/Patientinnen mit Autoantikörpern gegen NF-155 weisen gemeinsame klinische Merkmale auf, unter anderem einen schweren Verlauf mit subakutem Beginn, vorwiegend motorischen Defiziten, Tremor und einem schlechten Ansprechen auf eine Therapie mit intravenösen Immunglobulinen (IVIG). Ein Grund für Letzteres könnte sein, dass es sich überwiegend um Autoantikörper der Subklasse IgG4 handelt, die als anti-inflammatorisch gelten und kein Komplement aktivieren. Neben der IgG4-Subklasse können bei manchen Erkrankten auch die proinflammatorischen IgG-Subklassen 1 bis 3 nachgewiesen werden. Bei der Anti-Pan-Neurofascin (155/140/186) Polyneuropathie zeigt sich klinisch häufig ein fulminanter Phänotyp mit IgG3 Prädominanz. Das Ziel dieser Studie war, die Autoantikörper-induzierte Komplementablagerung zu detektieren, sowie die Rolle der IgG Subklasse und die Effekte von IVIG auf Antikörperbindung, Komplementaktivierung und Effektorfunktionen zu untersuchen. Hierzu wurde das Serum von 212 Probanden/-innen mit der Verdachtsdiagnose einer entzündlichen Neuropathie auf Autoantikörper gegen NF-155 mittels ELISA und Bindungsversuchen an Mäusezupfnerven gescreent. Im Fall eines positiven Ergebnisses dienten zellbasierte Bindungsversuche mit NF-155-transfizierten HEK-293- Zellen als Bestätigungstest. Die Effekte unterschiedlicher IVIG Konzentrationen auf die Antikörperbindung und Komplementablagerung wurden in ELISA, Komplementbindungsassays und zellbasierten Verfahren getestet. Außerdem wurde mithilfe von LDH-Zytotoxizitätsmessungen die Komplement-induzierte Zelllyse sowie die Effekte von IVIG untersucht. Klinische Daten wurden retrospektiv ausgewertet. Fünf Patienten/Patientinnen mit hohen Autoantikörpertitern gegen NF-155 und ein Patient mit Anti-Pan-Neurofascin Autoantikörpern konnten in der Studie detektiert werden. Der Patient mit Autoantikörpern gegen alle drei Isoformen des Neurofascins und IgG3-Prädominanz zeigte die deutlichste Komplementablagerung. Bei drei Patienten/Patientinnen, die IgG1, IgG2 und IgG4 aufwiesen, war eine Aktivierung des Komplementsystems zu beobachten, während bei zwei Patienten mit prädominanter IgG4-Antikörpersubklasse keine Komplementablagerung nachweisbar war. Bei Letzteren war eine Therapie mit IVIG in der Vorgeschichte erfolglos, während es bei zwei der Patienten/Patientinnen mit anderen IgG-Subklassen und Komplementbindung unter IVIG Therapie zu einer mäßigen bis deutlichen Symptombesserung in der Akutphase kam. Eine Koinkubation mit IVIG führte in den ELISA basierten und zellbasierten Versuchen zu keinem Effekt auf die Autoantikörperbindung an das Zielantigen, jedoch zu einer deutlichen Reduktion der Antikörper-vermittelten Komplementbindung. Diese Reduktion war sowohl bei Koinkuabtion von IVIG mit dem Komplementfaktor C1q als auch bei Präinkubation von IVIG vor C1q Gabe zu sehen. Bei zwei der Patienten/Patientinnen mit hohen Komplementablagerungen konnte eine erhöhte Zytotoxizität nachgewiesen werden, welche bei Zugabe von IVIG verringert wurde. Schlussfolgernd ist die Autoantikörper-induzierte Komplementablagerung abhängig von der prädominanten IgG Subklasse. IVIG führt zu einer deutlichen, konzentrationsabhängigen Reduktion der Komplementablagerung, sowie möglicher zytotoxischer Effektorfunktionen wie die Zytolyse myelinisierter Schwannzellen oder Nervenaxonen. Darüber hinaus könnte die Subklassenanalyse von Erkrankten das Therapieansprechen auf IVIG vorhersagen und sollte daher eine wichtige Rolle in der Diagnostik der Nodo-Paranodopathie spielen. IVIG sowie andere über das Komplementsystem wirkende Therapeutika können in der Behandlung der schwer betroffenen Patienten/Patientinnen, insbesondere bei Anti-Pan-Neurofascin positiver Neuropathie, in Betracht gezogen werden. N2 - Autoantibodies against nodo-paranodal proteins of the Node of Ranvier like Neurofascin-155 (NF-155), Contactin-1 (CNTN-1) and Contactin-associated-protein-1 (Caspr-1) can be detected in patients with autoimmune polyneuropathies. In 2-10% of patients with inflammatory polyneuropathies autoantibodies against isoforms of the (para)nodal protein neurofascin (NF-140/155/186) can be detected. NF-155-seropositive patients present a severe, motor-predominant phenotype with subacute onset, tremor and poor response to intravenous immunoglobulins (IVIG) which might be due to the predominance of non-complement activating IgG4 antibodies. Anti-pan-NF-associated neuropathy is associated with a fulminant clinical phenotype and IgG3 predominance whereas treatment response has not been thoroughly investigated. In the present study, we aim to measure autoantibody-associated complement activation, the role of IgG subclasses and the effects of IVIG on antibody binding, complement deposition and effector functions. Sera of 212 patients with chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy (CIDP), Guillain-Barré syndrome (GBS) or other forms of polyneuropathies were screened for anti-NF autoantibodies and subclasses by binding assays on murine teased fibers and by ELISA. Antibodies were confirmed in seropositive patients by cell-based assay. Complement binding and the effects of different concentrations of IVIG on complement deposition and complement-dependent cell lysis were analyzed via ELISA, cell-based tests and LDH-cytotoxicity assay. Five patients with autoantibodies against NF-155 and one patient with anti-pan-NF autoanibodies were identified in this study. Two patients with predominance of the IgG4 subclass did not show a complement deposition whereas four patients with predominant IgG1 to IgG3 did. Complement binding was associated with the presence of IgG subclass IgG3>IgG1>IgG2>IgG4, corresponding to physiological C1q binding-capacities. IVIG led to a strong reduction of complement deposition in a dose dependent manner. In the cytotoxicity assay patient sera with high amounts of complement deposition showed an increased relative cytotoxicity that can be reduced by high-dose IVIG. We conclude that complement deposition in NF-associated neuropathy is IgG subclass-dependent and IVIG leads to a reduction of complement deposition and its effector functions, such as possible cytolysis of myelinating Schwann cells or neurons. The characterization of autoantibody subclasses as well as IVIG and other options targeting the complement cascade can be considered in the therapeutic regime of severely-affected patients, especially in anti-pan-NF-associated neuropathy. KW - Paranodopathie KW - Neurofascin KW - Komplement KW - Neuropathie KW - Komplementsystem KW - IVIG Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-321109 ER - TY - THES A1 - Spitzel, Marlene T1 - The impact of inflammation, hypoxia, and vasculopathy on pain development in the α-galactosidase A mouse model of Morbus Fabry T1 - Der Einfluss von Inflammation, Hypoxie und Vaskulopathie auf die Schmerzentwicklung des Morbus Fabry-spezifischen α-Galaktosidase A Mausmodells N2 - Fabry disease (FD), an X-linked lysosomal storage disorder, is caused by variants in the gene α-galactosidase A (GLA). As a consequence, the encoded homonymous enzyme GLA is not produced in sufficient amount or does not function properly. Subsequently, globotriaosylceradmide (Gb3), the target substrate of GLA, starts accumulating in several cell types, especially neurons and endothelial cells. FD patients suffer from multiorgan symptoms including cardiomyopathy, nephropathy, stroke, and acral burning pain. It is suggested that the impact of pathological Gb3 accumulation, inflammatory and hypoxic processes, and vasculopathy are contributing to the specific FD pain phenotype. Thus, we investigated the role of inflammation, hypoxia, and vasculopathy on molecular level in dorsal root ganglia (DRG) of the GLA knockout (KO) mouse model. Further, we investigated pain-like characteristics of GLA KO mice at baseline (BS), after capsaicin administration, and after repeated enzyme replacement therapy (ERT) administration for a period of 1.5 years. Acquired data showed disturbances in immune response markers represented by downregulated inflammation-associated genes and lower numbers of CD206+ macrophages in DRG of GLA KO mice. Hypoxic mechanisms were active in DRG of GLA KO mice reflected by increased gene expression of hypoxia- and DNA damage-associated targets, higher numbers of hypoxia-inducible factor 1α-positive (HIF1α+) and carbonic anhydrase 9-positive (CA9+) neurons in DRG of GLA KO mice, and DRG neuronal HIF1α cytosolic-nuclear translocation in GLA KO mice. Vascularization in DRG of GLA KO mice was reduced including lower numbers of blood vessel branches and reduced total blood vessel length. Pain-like behavior of the GLA KO mouse model revealed no mechanical hypersensitivity at BS but age-dependent heat hyposensitivity, which developed also age-matched wild type (WT) mice. Capsaicin administration under isoflurane anesthesia did not elicit the development of nocifensive behavior in GLA KO mice after mechanical or heat stimulation. Repeated ERT administration did not show a clear effect in GLA KO mice in terms of restored heat hyposensitivity to BS paw withdrawal latencies. In summary, we demonstrated the impact of disturbed immune response markers, active hypoxic mechanisms, and reduced vascularization on molecular FD pathophysiology. N2 - Morbus Fabry (M. Fabry oder Fabry disease, FD) ist eine X-chromosomal vererbte, lysosomale Speichererkrankung, die durch Varianten im Gen α-Galaktosidase A (GLA) verursacht wird. Das durch GLA kodierte gleichnamige Enzym GLA kann somit nicht in ausreichender Menge produziert werden oder erhält nicht die volle Funktionalität. Als Folge akkumuliert das Glykosphingolipid Globotriaosylceramid (Gb3), welches das Zielsubstrat von GLA ist und durch dieses Enzym normalerweise abgebaut wird. Gb3 Akkumulationen sind in verschiedenen Zelltypen zu finden, jedoch bevorzugt in Neurone und Endothelzellen. FD-Patienten leiden unter Symptome, die verschiedene Organe betreffen, insbesondere Kardiomyopathien, Nephropathien, Schlaganfälle, und brennende Schmerzen in den Extremitäten. Es wird vermutet, dass neben dem pathologischen Einfluss der Gb3 Ablagerungen auch inflammatorische und hypoxische Prozesse und Vaskulopathien zum spezifischen FD-Schmerzphänotyps beitragen. Daher wurde die Rolle der Inflammation, Hypoxie und Vaskulopathie auf molekularer Ebene in Spinalganglien (dorsal root ganglion, DRG) eines FD-spezifischen GLA knockout (KO) Mausmodells untersucht. Des Weiteren wurde der Schmerz-ähnliche Phänotyp in GLA KO Mäusen unter nativen Bedingungen, nach Capsaicingabe und unter Enzymersatztherapie (enzyme replacement therapy, ERT) während einer Dauer von 1,5 Jahren untersucht. Unsere erhobenen Daten zeigten eine Beeinträchtigung von Faktoren der Immunantwort, die sich durch herunterregulierter Genexpression Inflammations-assoziierter Gene und einer geringeren Anzahl an CD206+ Makrophagen in DRG von GLA KO Mäusen nachweisen ließ. Zu aktiven Hypoxiemechanismen trugen eine hochregulierte Genexpression Hypoxie- und DNA-Schäden-assoziierter Gene, eine höhere Anzahl an hypoxia-inducible factor 1α-positiver (HIF1α+) und carbonic anhydrase 9-positiver (CA9+) Neurone in DRG von GLA KO Mäusen, und die DRG neuronale HIF1α Translokation zwischen Zytosol und Nukleus bei. Die Vaskularisierung der DRG in GLA KO Mäusen war reduziert zusätzlich zu der geringeren Anzahl an Blutgefäßverzweigungen und einer Reduzierung der gesamten Blutgefäßlänge. Die Untersuchungen des nativen Schmerz-ähnlichen Verhaltens der GLA KO Mäuse zeigte keine Entwicklung mechanischer Hypersensitivität, während sich eine Hitzehyposensitivität mit steigendem Alter der Tiere entwickelte, die sich auch in altersangepassten Wildtyp (WT) Mäusen zeigte. Eine Capsaicingabe unter Isoflurannarkose zeigte keine erhöhte Sensitivität der GLA KO Mäuse nach mechanischer oder Hitzestimulation. Wiederholte ERT-Gaben zeigten keine Verbesserung der Hitzehyposensitivität auf ein natives Niveau der Pfotenrückzuglatenz. Wir konnten den Einfluss beeinträchtigter Faktoren der Immunantwort, aktiver Hypoxieprozesse und reduzierter Vaskularisierung in DRG von GLA KO Mäusen auf die molekulare FD-Pathophysiologie zeigen. KW - Fabry disease KW - GLA KO mouse model KW - molecular mechanism KW - Fabry-Krankheit KW - Morbus Fabry Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-345794 ER - TY - JOUR A1 - Wohnrade, Camilla A1 - Velling, Ann-Kathrin A1 - Mix, Lucas A1 - Wurster, Claudia D. A1 - Cordts, Isabell A1 - Stolte, Benjamin A1 - Zeller, Daniel A1 - Uzelac, Zeljko A1 - Platen, Sophia A1 - Hagenacker, Tim A1 - Deschauer, Marcus A1 - Lingor, Paul A1 - Ludolph, Albert C. A1 - Lulé, Dorothée A1 - Petri, Susanne A1 - Osmanovic, Alma A1 - Schreiber-Katz, Olivia T1 - Health-related quality of life in spinal muscular atrophy patients and their caregivers — a prospective, cross-sectional, multi-center analysis JF - Brain Sciences N2 - Spinal muscular atrophy (SMA) is a disabling disease that affects not only the patient’s health-related quality of life (HRQoL), but also causes a high caregiver burden (CGB). The aim of this study was to evaluate HRQoL, CGB, and their predictors in SMA. In two prospective, cross-sectional, and multi-center studies, SMA patients (n = 39) and SMA patient/caregiver couples (n = 49) filled in the EuroQoL Five Dimension Five Level Scale (EQ-5D-5L) and the Short Form Health Survey 36 (SF-36). Caregivers (CGs) additionally answered the Zarit Burden Interview (ZBI) and the Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS). Patients were clustered into two groups with either low or high HRQoL (EQ-5D-5L index value <0.259 or >0.679). The latter group was mostly composed of ambulatory type III patients with higher motor/functional scores. More severely affected patients reported low physical functioning but good mental health and vitality. The CGB (mean ZBI = 22/88) correlated negatively with patients’ motor/functional scores and age. Higher CGB was associated with a lower HRQoL, higher depression and anxiety, and more health impairments of the CGs. We conclude that patient and CG well-being levels interact closely, which highlights the need to consider the health of both parties while evaluating novel treatments. KW - caregiver KW - caregiver burden KW - mental health KW - quality of life KW - spinal muscular atrophy KW - patient reported outcome measures Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-305048 SN - 2076-3425 VL - 13 IS - 1 ER - TY - THES A1 - Steeg, Felix Leonard T1 - Kinematische und histomorphologische Charakterisierung des DYT1 Knock-in Mausmodells mit Trauma-induzierter Dystonie T1 - Kinematic and histomorphological characterization of the DYT1 knock-in mouse model with trauma-induced dystonia N2 - Die dem Formenkreis der Dystonien zugrundeliegenden, pathophysiologischen Grundlagen sind bislang nicht abschließend geklärt. Für die DYT-TOR1A Dystonie ist bekannt, dass eine 3-bp Deletion eines GAG-Codons im TOR1A-Gen auf Chromosom 9 einen Funktionsverlust des Proteins TorsinA bewirkt. Dieser Funktionsverlust wird als auslösender Faktor für die Entstehung der DYT-TOR1A Dystonie angenommen. Nichtsdestotrotz entwickeln lediglich circa 30% der Mutationsträger eine dystone Bewegungsstörung. Als Grund dafür wird eine Two-hit Hypothese diskutiert, die zusätzlich zur genetischen Prädisposition einen Umweltfaktor wie ein peripheres Trauma für die Entstehung von Symptomen postuliert. Durch eine standardisierte Quetschläsion des N. ischiadicus konnte mit dieser Arbeit bei DYT1KI Mäusen, die die ∆GAG-Mutation im endogenen Genom tragen, ein dystoner Phänotyp hervorgerufen werden. Mit den Aufzeichnungen der Mäuse im TST wurde ein neuronales Netzwerk mittels der Software „DeepLabCut“ trainiert, sodass die Dystonie-ähnlichen Bewegungen automatisiert erfasst und ausgewertet werden konnten. Das Netzwerk trägt dazu bei, dem vorwiegend klinischen Syndrom der Dystonie eine objektive kinematische Charakterisierung zu bieten und kann auf andere TSTs anderer Nagermodelle übertragen werden. Ferner wurde überprüft, ob die beobachteten Bewegungen durch Unterschiede in der Regeneration nach der Nervenquetschung zustande kamen. Elektroneurographien zeigten jedoch diesbezüglich keine Unterschiede zwischen wt und DYT1KI Tieren. Darüber hinaus sind mikromorphologische Prozesse im zentralen und peripheren Nervensystem Gegenstand dieser Studie. Einerseits konnten wir mittels Immunzellfärbungen von T-, B-Zellen, Makrophagen und Mikroglia feststellen, dass sowohl zentral als auch peripher kein Anhalt darauf besteht, dass die beim DYT1KI Mausmodell entstandenen Dystonie-ähnlichen Bewegungen auf einer Dysfunktion oder Aktivierung des Immunsystems, wie es bei anderen neurologischen Erkrankungen bereits nachgewiesen wurde, eine Rolle spielt. Andererseits konnte anhand stereologischer Messungen gezeigt werden, dass bei den naiven DYT1KI Tieren im Vergleich zu wt Tieren dopaminerge Neurone der SN in der Anzahl verringert und im Volumen vergrößert sind, was auf einen Endophänotypen hinweist. Bei den symptomatischen, nervengequetschten DYT1KI Mäusen zeigte sich wiederum eine weitere, signifikante Zunahme der Hypertrophie der dopaminergen Neurone als Hinweis auf eine unmittelbar mit dem dystonen Phänotypen in Zusammenhang stehende Veränderung. Zusammenfassend konnte ein symptomatisches Mausmodell von hoher translationaler Bedeutung etabliert werden, in dem sich Hinweise für eine dopaminerge Dysregulation ergaben und welches für weitere Studien, insbesondere therapeutischer Art, eingesetzt werden könnte. N2 - The pathophysiological principles underlying the types of dystonia have not yet been conclusively clarified. For DYT-TOR1A dystonia, it is known that a 3-bp deletion of a GAG codon in the TOR1A gene on chromosome 9 causes a loss of function of the protein TorsinA. This loss of function is believed to be a triggering factor for the development of DYT-TOR1A dystonia. Nevertheless, only around 30% of mutation carriers develop a dystonic movement disorder. The reason for this is believed to be a two-hit hypothesis, which postulates an environmental factor such as a peripheral trauma for the development of symptoms in addition to the genetic predisposition. In this work, we were able to induce a dystonic phenotype in DYT1KI mice that carry the ∆GAG mutation in their endogenous genome by a standardized crush lesion of the sciatic nerve. With recordings of the mice in the TST, a deep neural network was trained using the software “DeepLabCut” so that the dystonia-like movements could be automatically recorded and evaluated. The network contributes to providing an objective kinematic characterization of the predominantly clinical syndrome of dystonia and can be transferred to other TSTs from other rodent models. It was also checked whether the observed movements were caused by differences in regeneration after the nerve crush. However, electroneurography showed no differences between wt and DYT1KI animals in this regard. In addition, micromorphological processes in the central and peripheral nervous system are subject of this study. On the one hand, using immune cell staining of T cells, B cells, macrophages and microglia, we were able to determine that there is no evidence, both centrally and peripherally, that the dystonia-like movements developed in the DYT1KI mouse model are due to a dysfunction or activation of the immune system, as it has already been proven to play a role in other neurologic diseases. On the other hand, stereological measurements showed that dopaminergic neurons in the SN were reduced in number and increased in volume in naive DYT1KI animals compared to wt animals, indicating an endophenotype. In the symptomatic, nerve-crushed DYT1KI mice, there was again a further, significant increase in the hypertrophy of the dopaminergic neurons, indicating a change directly related to the dystonic phenotype. In summary, a symptomatic mouse model of high translational importance was established, in which there was evidence of dopaminergic dysregulation and which could be used for further studies, particularly of a therapeutic nature. KW - Dystonie Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-345805 ER - TY - JOUR A1 - Haarmann, Axel A1 - Vollmuth, Christoph A1 - Kollikowski, Alexander M. A1 - Heuschmann, Peter U. A1 - Pham, Mirko A1 - Stoll, Guido A1 - Neugebauer, Hermann A1 - Schuhmann, Michael K. T1 - Vasoactive soluble endoglin: a novel biomarker indicative of reperfusion after cerebral large-vessel occlusion JF - Cells N2 - Now that mechanical thrombectomy has substantially improved outcomes after large-vessel occlusion stroke in up to every second patient, futile reperfusion wherein successful recanalization is not followed by a favorable outcome is moving into focus. Unfortunately, blood-based biomarkers, which identify critical stages of hemodynamically compromised yet reperfused tissue, are lacking. We recently reported that hypoxia induces the expression of endoglin, a TGF-β co-receptor, in human brain endothelium in vitro. Subsequent reoxygenation resulted in shedding. Our cell model suggests that soluble endoglin compromises the brain endothelial barrier function. To evaluate soluble endoglin as a potential biomarker of reperfusion (-injury) we analyzed its concentration in 148 blood samples of patients with acute stroke due to large-vessel occlusion. In line with our in vitro data, systemic soluble endoglin concentrations were significantly higher in patients with successful recanalization, whereas hypoxia alone did not induce local endoglin shedding, as analyzed by intra-arterial samples from hypoxic vasculature. In patients with reperfusion, higher concentrations of soluble endoglin additionally indicated larger infarct volumes at admission. In summary, we give translational evidence that the sequence of hypoxia and subsequent reoxygenation triggers the release of vasoactive soluble endoglin in large-vessel occlusion stroke and can serve as a biomarker for severe ischemia with ensuing recanalization/reperfusion. KW - endoglin KW - brain endothelium KW - stroke KW - shedding KW - mechanical thrombectomy KW - hypoxia KW - reperfusion injury KW - biomarker Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-304995 SN - 2073-4409 VL - 12 IS - 2 ER - TY - JOUR A1 - Haufe, Stefan A1 - Isaias, Ioannis U. A1 - Pellegrini, Franziska A1 - Palmisano, Chiara T1 - Gait event prediction using surface electromyography in parkinsonian patients JF - Bioengineering N2 - Gait disturbances are common manifestations of Parkinson’s disease (PD), with unmet therapeutic needs. Inertial measurement units (IMUs) are capable of monitoring gait, but they lack neurophysiological information that may be crucial for studying gait disturbances in these patients. Here, we present a machine learning approach to approximate IMU angular velocity profiles and subsequently gait events using electromyographic (EMG) channels during overground walking in patients with PD. We recorded six parkinsonian patients while they walked for at least three minutes. Patient-agnostic regression models were trained on temporally embedded EMG time series of different combinations of up to five leg muscles bilaterally (i.e., tibialis anterior, soleus, gastrocnemius medialis, gastrocnemius lateralis, and vastus lateralis). Gait events could be detected with high temporal precision (median displacement of <50 ms), low numbers of missed events (<2%), and next to no false-positive event detections (<0.1%). Swing and stance phases could thus be determined with high fidelity (median F1-score of ~0.9). Interestingly, the best performance was obtained using as few as two EMG probes placed on the left and right vastus lateralis. Our results demonstrate the practical utility of the proposed EMG-based system for gait event prediction, which allows the simultaneous acquisition of an electromyographic signal to be performed. This gait analysis approach has the potential to make additional measurement devices such as IMUs and force plates less essential, thereby reducing financial and preparation overheads and discomfort factors in gait studies. KW - electromyography KW - inertial measurement units KW - gait-phase prediction KW - machine learning KW - Parkinson’s disease Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-304380 SN - 2306-5354 VL - 10 IS - 2 ER - TY - JOUR A1 - Silwedel, Christine A1 - Hütten, Matthias C. A1 - Speer, Christian P. A1 - Härtel, Christoph A1 - Haarmann, Axel A1 - Henrich, Birgit A1 - Tijssen, Maud P. M. A1 - Alnakhli, Abdullah Ahmed A1 - Spiller, Owen B. A1 - Schlegel, Nicolas A1 - Seidenspinner, Silvia A1 - Kramer, Boris W. A1 - Glaser, Kirsten T1 - Ureaplasma-driven neonatal neuroinflammation: novel insights from an ovine model JF - Cellular and Molecular Neurobiology N2 - Ureaplasma species (spp.) are considered commensals of the adult genitourinary tract, but have been associated with chorioamnionitis, preterm birth, and invasive infections in neonates, including meningitis. Data on mechanisms involved in Ureaplasma-driven neuroinflammation are scarce. The present study addressed brain inflammatory responses in preterm lambs exposed to Ureaplasma parvum (UP) in utero. 7 days after intra-amniotic injection of UP (n = 10) or saline (n = 11), lambs were surgically delivered at gestational day 128–129. Expression of inflammatory markers was assessed in different brain regions using qRT-PCR and in cerebrospinal fluid (CSF) by multiplex immunoassay. CSF was analyzed for UP presence using ureB-based real-time PCR, and MRI scans documented cerebral white matter area and cortical folding. Cerebral tissue levels of atypical chemokine receptor (ACKR) 3, caspases 1-like, 2, 7, and C–X–C chemokine receptor (CXCR) 4 mRNA, as well as CSF interleukin-8 protein concentrations were significantly increased in UP-exposed lambs. UP presence in CSF was confirmed in one animal. Cortical folding and white matter area did not differ among groups. The present study confirms a role of caspases and the transmembrane receptors ACKR3 and CXCR4 in Ureaplasma-driven neuroinflammation. Enhanced caspase 1-like, 2, and 7 expression may reflect cell death. Increased ACKR3 and CXCR4 expression has been associated with inflammatory central nervous system (CNS) diseases and impaired blood–brain barrier function. According to these data and previous in vitro findings from our group, we speculate that Ureaplasma-induced caspase and receptor responses affect CNS barrier properties and thus facilitate neuroinflammation. KW - Ureaplasma parvum KW - CNS integrity KW - neonatal meningitis KW - preterm birth KW - immaturity KW - animal model Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-324285 VL - 43 IS - 2 ER - TY - JOUR A1 - Friedrich, Maximilian U. A1 - Schneider, Erich A1 - Buerklein, Miriam A1 - Taeger, Johannes A1 - Hartig, Johannes A1 - Volkmann, Jens A1 - Peach, Robert A1 - Zeller, Daniel T1 - Smartphone video nystagmography using convolutional neural networks: ConVNG JF - Journal of Neurology N2 - Background Eye movement abnormalities are commonplace in neurological disorders. However, unaided eye movement assessments lack granularity. Although videooculography (VOG) improves diagnostic accuracy, resource intensiveness precludes its broad use. To bridge this care gap, we here validate a framework for smartphone video-based nystagmography capitalizing on recent computer vision advances. Methods A convolutional neural network was fine-tuned for pupil tracking using > 550 annotated frames: ConVNG. In a cross-sectional approach, slow-phase velocity of optokinetic nystagmus was calculated in 10 subjects using ConVNG and VOG. Equivalence of accuracy and precision was assessed using the “two one-sample t-test” (TOST) and Bayesian interval-null approaches. ConVNG was systematically compared to OpenFace and MediaPipe as computer vision (CV) benchmarks for gaze estimation. Results ConVNG tracking accuracy reached 9–15% of an average pupil diameter. In a fully independent clinical video dataset, ConVNG robustly detected pupil keypoints (median prediction confidence 0.85). SPV measurement accuracy was equivalent to VOG (TOST p < 0.017; Bayes factors (BF) > 24). ConVNG, but not MediaPipe, achieved equivalence to VOG in all SPV calculations. Median precision was 0.30°/s for ConVNG, 0.7°/s for MediaPipe and 0.12°/s for VOG. ConVNG precision was significantly higher than MediaPipe in vertical planes, but both algorithms’ precision was inferior to VOG. Conclusions ConVNG enables offline smartphone video nystagmography with an accuracy comparable to VOG and significantly higher precision than MediaPipe, a benchmark computer vision application for gaze estimation. This serves as a blueprint for highly accessible tools with potential to accelerate progress toward precise and personalized Medicine. KW - digital medicine KW - nystagmus KW - eye movement disorders KW - videooculography KW - computer vision KW - telemedicine KW - precision medicine Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-324526 VL - 270 IS - 5 ER -