TY  - JOUR
A1  - Neuhaus, Winfried
A1  - Burek, Malgorzata
A1  - Djuzenova, Cholpon C
A1  - Thal, Serge C
A1  - Koepsell, Hermann
A1  - Roewer, Norbert
A1  - Förster, Carola Y
T1  - Addition of NMDA-receptor antagonist MK801 during oxygen/glucose deprivation moderately attenuates the up-regulation of glucose uptake after subsequent reoxygenation in brain endothelial cells
N2  - During stroke the blood–brain barrier (BBB) is damaged which can result in vasogenic brain edema and inflammation. The reduced blood supply leads to decreased delivery of oxygen and glucose to affected areas of the brain. Oxygen and glucose deprivation (OGD) can cause upregulation of glucose uptake of brain endothelial cells. In this letter, we investigated the influence of MK801, a non-competitive inhibitor of the NMDA-receptor, on the regulation of the glucose uptake and of the main glucose transporters glut1 and sglt1 in murine BBB cell line cerebEND during OGD. mRNA expression of glut1 was upregulated 68.7- fold after 6 h OGD, which was significantly reduced by 10 μM MK801 to 28.9-fold. Sglt1 mRNA expression decreased during OGD which was further reduced by MK801. Glucose uptake was significantly increased up to 907% after 6 h OGD and was still higher (210%) after the 20 h reoxygenation phase compared to normoxia. Ten micromolar MK801 during OGD was able to reduce upregulated glucose uptake after OGD and reoxygenation significantly. Presence of several NMDAR subunits was proven on the mRNA level in cerebEND cells. Furthermore, it was shown that NMDAR subunit NR1 was upregulated during OGD and that this was inhibitable by MK801. In conclusion, the addition of MK801 during the OGD phase reduced significantly the glucose uptake after the subsequent reoxygenation phase in brain endothelial cells.
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - Schlaganfall
KW  - Glucosetransportproteine
KW  - NMDA-Antagonist
KW  - NMDA-Rezeptor
KW  - blood-brain barrier
KW  - MK801
KW  - NMDAR
KW  - stroke
KW  - glut1
KW  - sglt1
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67241
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kraft, P.
A1  - Schwarz, T.
A1  - Pochet, L.
A1  - Stoll, G.
A1  - Kleinschnitz, Christoph
T1  - COU254, a specific 3-carboxamide-coumarin inhibitor of coagulation factor XII, does not protect mice from acute ischemic stroke
N2  - Background: Anticoagulation is an important means to prevent from acute ischemic stroke but is associated with a significant risk of severe hemorrhages. Previous studies have shown that blood coagulation factor XII (FXII)- deficient mice are protected from pathological thrombus formation during cerebral ischemia without bearing an increased bleeding tendency. Hence, pharmacological blockade of FXII might be a promising and safe approach to prevent acute ischemic stroke and possibly other thromboembolic disorders but pharmacological inhibitors selective over FXII are still lacking. In the present study we investigated the efficacy of COU254, a novel nonpeptidic 3-carboxamide-coumarin that selectively blocks FXII activity, on stroke development and post stroke functional outcome in mice. Methods: C57Bl/6 mice were treated with COU254 (40 mg/kg i.p.) or vehicle and subjected to 60 min transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) using the intraluminal filament method. After 24 h infarct volumes were determined from 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchloride(TTC)-stained brain sections and functional scores were assessed. Hematoxylin and eosin (H&E) staining was used to estimate the extent of neuronal cell damage. Thrombus formation within the infarcted brain areas was analyzed by immunoblot. Results: Infarct volumes and functional outcomes on day 1 after tMCAO did not significantly differ between COU254 pre-treated mice or untreated controls (p > 0.05). Histology revealed extensive ischemic neuronal damage regularly including the cortex and the basal ganglia in both groups. COU254 treatment did not prevent intracerebral fibrin(ogen) formation. Conclusions: COU254 at the given concentration of 40 mg/kg failed to demonstrate efficacy in acute ischemic stroke in this preliminary study. Further preclinical evaluation of 3-carboxamide-coumarins is needed before the antithrombotic potential of this novel class of FXII inhibitors can be finally judged.
KW  - Schlaganfall
KW  - Maus
KW  - COU254
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-68103
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pillai, Deepu
T1  - Differential effects of Pigment epithelium derived factor and epidermal growth factor on Ischemia-reperfusion injury in rats - a magnetic resonance imaging study at 3 tesla
T1  - Unterschiedlichen Wirkungen von PEDF und EGF auf Ischämie-Reperfusionsschaden bei Ratten - Eine Kernspintomografie studie bei 3 Tesla
N2  - Stroke, after myocardial infarction and cancer is the third most common cause of death worldwide and 1/6th of all human beings will suffer at least one stroke in their lives. Furthermore, it is the leading cause for adult disability with approximately one third of patients who survive for the next 6 months are dependent on others. Because of its huge socioeconomic burden absorbing 6% of all health care budgets and with the fact that life expectancy increases globally, one can assume that stroke is already, and will continue to be, the most challenging disease. Ischemic stroke accounts for approximately 80% of all strokes and results from a thrombotic or embolic occlusion of a major cerebral artery (most often the middle cerebral artery, MCA) or its branches Following acute ischemic stroke, the most worrisome outcome is the rapidly increasing intra-cranial pressure due to the formation of space-occupying vasogenic oedema which can have lethal consequences. Permeability changes at the Blood-Brain Barrier (BBB) usually accompanies the oedematous development and their time course can provide invaluable insight into the nature of the insult, activation of compensatory mechanisms followed by long term repair. Rodent models of focal cerebral ischemia have been developed and optimized to mimic human stroke conditions and serve as indispensable tools in the field of stroke research. The presented work constituting of three separate but complete works by themselves are sequential, where, the first part was dedicated to the establishment of non-invasive small animal imaging strategies on a 3 tesla clinical magnetic resonance scanner. This facilitated the longitudinal monitoring of pathological outcomes following stroke where identical animals can serve as its own control. Tissue relaxometric estimations were carried out initially to derive the transverse (T2), longitudinal (T1) and the transverse relaxation time due to magnetic susceptibility effects (T2*) at the cortical and striatal regions of the rodent brain. Statistically significant differences in T2*-values could be found between the cortex and striatal regions of the rodent brain. The derived tissue relaxation values were considered to modify the existing imaging protocols to facilitate the study of the rodent model of ischemic stroke. The modified sequence protocols adequately characterized all the clinically relevant sequels following acute ischemic stroke, like, the altered perfusion and diffusion characteristics. Subsequent to this, serial magnetic resonance imaging was performed to investigate the temporal and spatial relationship between the biphasic nature of BBB opening and, in parallel, the oedema formation after I/R injury in rats. T2-relaxometry for oedema assessment was performed at 1 h after ischemia, immediately following reperfusion, and at 4, 24 and 48 hours post reperfusion. Post-contrast T1-weighted imaging was performed at the last three time points to assess BBB integrity. The biphasic course of BBB opening with significant reduction in BBB permeability at 24 hours after reperfusion was associated with a progressive expansion of leaky BBB volume, accompanied by a peak ipsilateral oedema formation. At 48 hours, the reduction in T2-value indicated oedema resorption accompanied by a second phase of BBB opening. In addition, at 4 hours after reperfusion, oedema formation could also be detected at the contralateral striatum which persisted to varying degrees throughout the study, indicative of widespread effects of I/R injury. The observations of this study may indicate a dynamic temporal shift in the mechanisms responsible for biphasic BBB permeability changes, with non-linear relations to oedema formation. Two growth factor peptides namely pigment epithelium derived factor (PEDF) and epidermal growth factor (EGF) with widely different trophic properties were considered for their beneficial effects, if any, in the established rodent model of I/R injury and studied up to one week employing magnetic resonance imaging. Both the selected, trophic factors demonstrated significant neuroprotection as demonstrated by a reduction in infarct volume, even though PEDF was found to be the most potent one. PEDF also demonstrated significant attenuation of oedema formation in comparison to both the control and EGF groups, even though EGF could also demonstrate oedema suppression. In the present work, we noticed that interventions with macromolecule protein/peptides by itself could mediate remote oedema at distant sites even though the significance of such an observation is not clear at present. Susceptibility (T2*) weighted tissue relaxometric estimations were considered at the infarct region to detect any metabolic changes arising out of any neuroprotection and/or cellular proliferation / neurogenesis. PEDF group demonstrated a striking reduction of the T2*-values, which is indicative of an increased metabolic activity. Moreover, all the groups (Control, EGF and PEDF) demonstrated significantly elevated T2*-values at the contralateral striatum, which is indicative of widespread metabolic suppression usually associated with a variety of traumatic brain conditions. Moreover, as expected from the properties of PEDF, it demonstrated an extended BBB permeability suppression throughout the duration of the study. This study underlines the merits of considering non-invasive imaging strategies without which it was not possible to study the required parameters in a longitudinal fashion. All the observations are adequately supported by reasonably well defined mechanisms and needs to be further verified and confirmed by an immunohistochemical study. These results also need to be complemented by a functional study to evaluate the behavioural outcome of animals following these treatments. These studies are progressing at our laboratory and the results will be duly published afterwards.
N2  - Schlaganfall ist nach Herzinfarkt und Krebs die dritthäufigste Todesursache weltweit und 1/6 aller Menschen erleiden mindestens einen Schlaganfall in ihrem Leben. Wichtiger ist jedoch, dass Schlaganfallerkrankungen ist die führende Ursache für dauerhafte Behinderungen darstellen. Ungefähr ein Drittel dieser Patienten, die die ersten 6 Monate überleben sind auf die Hilfe anderer angewiesen. Die enorme Wichtigkeit des Schlaganfalls begründet sich zudem dadurch, dass schon jetzt die sozioökonomischen Kosten 6% der gesamten Gesundheitausgaben betragen und die globale Lebenserwartung weiter steigen wird. Der ischämische Hirninfarkt ist der mit 80% vorherrschende Schlaganfalltyp und resultiert aus thrombotischen und embolischen Verschlüssen der großen hirnversorgenden Arterien und deren Ästen (insbesondere der A. cerbri media). Die wichtigste Komplikation mit hoher Mortalität nach einem ischämischen Schlaganfall ist Entwicklung eines raumfordernden vasogene Ödementwicklung. Änderungen der Permeabilität der Blut-Hirn Schranke (BHS) begleitet die Ödementwicklung und Analyse der zeitlichen BHS Permeabilität können wichtige Erkenntnisse über den natürlichen Verlauf eines Hirninfarkts und die Aktivierung kompensatorischer Mechanismen, die in Reparaturvorgänge münden, liefern. Verschiedene modelle des akuten ischämischen Schlaganfalls mit Nagetieren wurden entwickelt um die Schlaganfalltherapie des Menschen weiter zu entwickeln. Sie sind momentan unersetzliche Instrumente in der Schlaganfallforschung. Die hier vorgestellte Arbeitet setzt sich auch 3 abgeschlossenen sequentiellen Teilprojekten zusammen. Das erste Teilprojekt befasst mit der Etablierung von der nicht-invasiven Kleintierbildgebung auf einem klinischen 3 Tesla Kernspintomographen. Diese Arbeit bildet die Grundlage für das in vivo Monitoring der pathologischen Veränderungen nach Schlaganfall in einem identischen Versuchstier nachverfolgt werden kann und so die eigene Kontrolle darstellt. Gewebs relaxometrische Messungen wurden initial durchgeführt um die transverse (T2), longitudinal (T1) und transverse (T2*) Relaxationszeit (aufgrund der magnetischen Suszeptibilitätseffekte) in kortikalen und striatalen Hirnregionen der Nagetiere zu bestimmen. Statistisch signifikante Unterschiede in der T2*- Werte konnte zwischen der kortikalen und Striatalen Regionen des Gehirn von Nagetieren gefunden werden. Hierdurch konnten bestehende Messprotokolle vom Menschen auf die Nagetiere optimiert und für die Untersuchungen des Schlaganfalls genutzt werden. Diese Vorarbeiten erlauben klinisch relevante Veränderungen wie eine veränderte Diffusion und Perfusion nach ischämischen Schlaganfall zu verfolgen. Basierend auf diesen Vorarbeiten wurde die örtliche und zeitliche Charakterisierung der bi-phasischen BHS-Öffnung und der Ödementwicklung nach experimenteller I/R der Ratte mittels serieller Magnetresonanztomographie (MRT) untersucht. Hier diente die T2-Relaxometrie zur Ödemquantifizierung und wurde 1 Stunde nach Beginn der zerebralen Ischämie, unmittelbar nach Reperfusion und im Intervall von weiteren 4, 24 und 48 Stunden durchgeführt. Eine T1-gewichtete Sequenz wurde vor und nach Gabe von Kontrastmittel an den drei letztgenannten Zeitpunkten zeigte den bi-phasischen Verlauf der BHS-Öffnung 4 und 48 Stunden nach Reperfusion. Eine signifikante Reduktion der BHS Permeabilität 24 Stunden war zum einem mit einer Erhöhung des Gesamtvolumens der gestörten BHS und zum anderen mit Maximum der Ödementwicklung assoziiert. Darüber hinaus konnte 48 Stunden nach Reperfusion bereits eine Resorption des Ödems anhand der T2-Relaxometrie gemessen werden während die zweite Phase der bi-phasischen BHS-Öffnung auftrat. Zusätzlich trat 4 Stunden nach Reperfusion eine Ödembildung auch der nicht-ischämischen Striatum auf, welche in unterschiedlichem Maße über die Studiendauer persistierte. Dies spricht dafür, dass Ischämie und Reperfusion Effekte auf das gesamte Gehirn haben können. Zusammenfassend sprechen die Beobachtung dafür, dass der zeitlichen Entwicklung des Hirnödems verschiedene Mechanismen der erhöhten Blut-Hirn Schranken Permeabilität zu Grunde liegen. Zwei Wachstumsfaktoren, der, Pigment epithelium abstammende Wachstumsfaktor (PEDF) und der epidermale Wachstumsfaktor (EGF), mit deutlich unterschiedlichen trophischen Eigenschaften wurden auf ihre positiven Effekte im etablierten Tiermodel der zerebralen I/R hin untersucht. Dabei wurden serielle MRT Untersuchungen bis hin zu einer Woche genutzt. Beide Wachstumsfaktoren führten im Model zu einer signifikanten Neuroprotektion, die sich in einer Reduktion des Infarktvolumens gegenüber einer Kontrolle mit Kochsalz zeigte. PEDF allerdings hatte gegenüber EGF eine potentere Wirkung und zeigte darüber hinaus und noch deutlicher als EGF eine signifikante Verminderung der Ödembildung. Allerdings zeigte eine Behandlung mit diesen großmolekularen Proteinen zumindest nach 24 Stunden auch eine Neigung zur Ödembildung in vom Schlaganfall nicht betroffenen Hirnarealen, deren Signifikanz allerdings noch unklar ist. T2*- gewichtete Relaxationsmessungen können dazu genutzt werden, um metabolische Veränderungen, die aus neuroprotektiven Therapieansätzen bzw. zellulärer Proliferation bzw. Neurogenese entstehen, zu quantifizieren. Hier zeigten insbesondere mit PEDF behandelte Versuchstiere eine hochsignifikante Reduktion der T2*-Werte, welche als Hinweis auf eine erhöhte metabolische Aktivität gewertet werden können. Insgesamt zeigten alle Behandlungsgruppen (Kochsalzkontrollen, EGF und PEDF) behandelte Tiere signifikant erhöhte T2*-werte auf des kontralateralen Striatums, welche auf eine weitreichende metabolische Suppression hindeuten, wie sie normalerweise bei einer Reihe von traumatischen Hirnerkrankungen gefunden werden können. Ein weiterer Befund ist, wie erwartet, die ausgedehnte Verminderung der BHS-Durchgängigkeit durch PEDF über die gesamte Dauer der Untersuchung hinweg. Diese Studie unterstreicht den Nutzen nicht-invasiver Bildgebungsstrategien, ohne die die Untersuchung der benötigten Parameter in einem longitudinalen Design nicht möglich wäre. Ausblickend müssen diese gut mittels MRT charakterisierten Prozesse durch immunhistologische und funktionelle Untersuchungen gestützt und nachfolgend publiziert werden.
KW  - Schlaganfall
KW  - Ischemie
KW  - NMR-Tomographie
KW  - Epidermaler Wachstumsfaktor
KW  - MRI
KW  - MRI
KW  - Stroke
KW  - Ischemia
KW  - PEDF
KW  - EGF
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-57341
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sun, Aili
T1  - Effect of Tjap1 knock-down on blood-brain barrier properties under normal and hypoxic conditions
T1  - Auswirkung des Tjap1-Knockdowns auf die Eigenschaften der Blut-Hirn-Schranke unter normalen und hypoxischen Bedingungen
N2  - Stroke is one of the leading causes of mortality and disability worldwide. The blood-brain barrier (BBB) plays an important role in maintaining brain homeostasis by tightly regulating the exchange of substances between circulating blood and brain parenchyma. BBB disruption is a common pathologic feature of stroke and traumatic brain injury. Understanding the cellular and molecular events that affect the BBB after ischaemic brain injury is important to improve patient prognosis.
We have previously shown that microRNA-212/132 is elevated in hypoxic brain microvascular endothelial cells and acts through suppressing the expression of direct microRNA-212/132 target genes with function at the BBB: claudin-1, junctional adhesion molecule 3 (Jam3) and tight-junction associated protein 1 (Tjap1). While the role of claudin-1 and Jam3 at the BBB is well known, the role of Tjap1 is still unclear. The aim of this work was therefore to characterize the role of Tjap1 in brain endothelial cells using a knock-down (KD) approach in established murine in vitro BBB models cEND and cerebEND. Tjap1 KD was established by stable transfection of a plasmid expressing shRNA against Tjap1. The successful downregulation of Tjap1 mRNA and protein was demonstrated by qPCR and Western blot. Tjap1 KD resulted in impaired barrier properties of endothelial cells as shown by lower TEER values and higher paracellular permeability. Interestingly, the Tjap1 KD cells showed lower cell viability and proliferation but migrated faster in a wound healing assay. In the tube formation assay, Tjap1 KD cell lines showed a lower angiogenic potential due to a significantly lower tube length and number as well as a lower amount of branching points in formed capillaries. Tjap1 KD cells showed changes in gene and protein expression. The TJ proteins claudin-5, Jam3 and ZO-1 were significantly increased in Tjap1 KD cell lines, while occludin was strongly decreased. In addition, efflux pump P-glycoprotein was downregulated in Tjap1 KD cells. Oxygen-glucose deprivation (OGD) is a method to mimic stroke in vitro. Brain endothelial cell lines treated with OGD showed lower barrier properties compared to cells cultured under normal condition. These effects were more severe in Tjap1 KD cells, indicating active Tjap1 involvement in the OGD response in brain microvascular endothelial cells. 
We thus have shown that Tjap1 contributes to a tight barrier of the BBB, regulates cell viability and proliferation of endothelial cells, suppresses their migration and promotes new vessel formation. This means that Tjap1 function is important for mature BBB structure in health and disease.
N2  - Schlaganfall ist weltweit eine der häufigsten Ursachen für Mortalität und Behinderung. Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gehirnhomöostase, indem sie den Stoffaustausch zwischen dem zirkulierenden Blut und dem Gehirnparenchym streng reguliert. Eine Störung der BHS ist ein gemeinsames pathologisches Merkmal von Schlaganfällen und traumatischen Hirnverletzungen. Um die Prognose der Patientinnen und Patienten zu verbessern, ist es wichtig, die zellulären und molekularen Ereignisse zu verstehen, die sich nach einer ischämischen Hirnverletzung auf die BHS auswirken.
Wir haben zuvor gezeigt, dass microRNA-212/132 in hypoxischen mikrovaskulären Endothelzellen erhöht ist und durch die Unterdrückung der Expression direkter Zielgene mit Funktion and der BHS wirkt. Zu den Zielgenen von microRNA-212/132 gehören: Claudin-1, Junctional Adhesion Molecule 3 (Jam3) und Tight Junction Associated Protein 1 (Tjap1). Während die Rolle von Caludin-1 und Jam3 and der BHS gut bekannt ist, ist die Rolle von Tjap1 noch unklar. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Rolle von Tjap1 in Endothelzellen mithilfe eines Knock-down (KD)-Ansatzes in etablierten murinen In-vitro-BHS-Modellen zu charakterisieren. Tjap1-KD wurde durch stabile Transfektion eines Plasmids etabliert, das shRNA gegen Tjap1 exprimiert. Die erfolgreiche Herunterregulierung von Tjap1-mRNA und -Protein wurde durch qPCR und Western Blot nachgewiesen. Tjap1-KD führte zu einer Beeinträchtigung der Barriereeigenschaften von Endothelzellen, was sich in niedrigeren TEER-Werten und einer höheren parazellulären Permeabilität wiederspiegelte. Interessanterweise zeigten die Tjap1-KD-Zellen in einem Wundheilungstest eine geringere Zelllebensfähigkeit und Proliferation, wanderten jedoch schneller. Im tube formation assay zeigten Tjap1-KD-Zelllinien ein geringeres Angiogenese-Potential durch eine signifikant geringere Anzahl der gebildeten Kapillaren. Tjap-1-KD-Zellen zeigten Veränderungen in der Gen- und Proteinexpression. Die TJ-Proteinen Claudin-5, Jam3 und ZO-1 waren in Tjap1-KD-Zelllinien signifikant erhöht, während Occludin stark verringert war. Darüber hinaus wurde P-Glykoprotein in Tjap1-KD-Zellen herunterreguliert. Sauerstoff-Glukose-Entzug (eng. oxygen/glucose-deprivation, OGD) ist eine Methode zur Nachahmung eines Schlaganfall in vitro. Mit OGD behandelte Endothelzelllinien zeigten im Vergleich zu unter normalen Bedingungen kultivierten Zellen geringere Barriereeigenschaften. Diese Effekte waren in Tjap1-KD-Zellen schwerwiegender, was auf eine aktive Beteiligung von Tjap1 an der OGD-Antwort in Endothelzellen hinweist. 
Wir haben gezeigt, dass Tjap1 zu einer dichten Barriere der BHS beiträgt, die Zellviabilität und die Proliferation von Endothelzellen reguliert, deren Migration unterdrückt und die Bildung neuer Gefäße fördert. Dies bedeutet, dass die Tjap1-Funktion für die reife BHS-Struktur unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen wichtig ist.
KW  - Schlaganfall
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - blood-brain barrier
KW  - Tjap1
KW  - oxygen/glucose deprivation
KW  - stroke
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-346450
ER  - 
TY  - THES
A1  - Thielmann, Ina
T1  - Function and regulation of phospholipase D in blood platelets: in vitro and in vivo studies in mice
T1  - Funktion und Regulation von Phospholipase D in Thrombozyten: in vitro und in vivo Studien in Mäusen
N2  - Summary
Platelet activation and aggregation are crucial for primary hemostasis but can also result in occlusive thrombus formation. Agonist induced platelet activation involves different signaling pathways leading to the activation of phospholipases (PL) which produce second messengers. While the role of PLCs in platelet activation is well established, less is known about the relevance of PLDs. In the current study, the function and regulation of PLD in platelets was investigated using genetic and pharmacological approaches.
In the first part of this thesis, adhesion, activation and aggregation of platelets from mice lacking PLD2 or both PLD1 and PLD2 were analyzed in vitro and in vivo. While the absence of PLD2 resulted in slightly reduced PLD activity in platelets, it had no detectable effect on the platelet function in vitro and in vivo. However, the combined deficiency of both PLD isoforms resulted in defective alpha-granule release and protection in a model of ferric chloride induced arteriolar thrombosis, effects that were not observed in mice lacking only one PLD isoform. These results revealed, for the first time, redundant roles of PLD1 and PLD2 in platelet alpha-granule secretion and indicate that this may be relevant for pathological thrombus formation. Thus, PLD might represent a promising target for antithrombotic therapy. 
Thus, this hypothesis was tested more directly in the second part of this thesis. The effects of pharmacological inhibition of PLD activity on hemostasis, thrombosis and thrombo-inflammatory brain infarction in mice were assessed. Treatment of platelets with the reversible, small molecule PLD inhibitor 5-Fluoro-2-indolyl des-chlorohalopemide (FIPI) led to a specific blockade of PLD activity that was associated with reduced -granule release and integrin activation. Mice that received FIPI at a dose of 3 mg/kg displayed reduced occlusive thrombus formation upon chemical injury of carotid arteries or mesenterial arterioles. Similarly, FIPI-treated mice had smaller infarct sizes and significantly better motor and neurological function 24 hours after transient middle cerebral artery occlusion. This protective effect was not associated with major intracerebral hemorrhage or prolonged tail bleeding times. Thus, pharmacological PLD inhibition might represent a safe therapeutic strategy to prevent arterial thrombosis or ischemic stroke. 
After revealing a central role for PLD in thrombo-inflammation, the regulation of PLD activity in platelets was analyzed in the last part of the thesis. Up to date, most studies made use of inhibitors potentially exerting off-target effects and consequently PLD regulation is discussed controversially. Therefore, PLD activity in mice genetically lacking potential modulators of PLD activity was determined to address these controversies. These studies revealed that PLD is tightly regulated during initial platelet activation. While integrin outside-in signaling and Gi signaling was dispensable for PLD activation, it was found that PLC dependent pathways were relevant for the regulation of PLD enzyme activity.
N2  - Zusammenfassung
Thrombozytenaktivierung und -aggregation sowie die anschließende Thrombusbildung sind essentielle Prozesse während der primären Hämostase. Andererseits kann unkontrollierte Thrombozytenaktivierung zum Gefäßverschluss und somit zu Schlaganfall oder Herzinfarkt führen. 
Verschiedene Signalwege, die für die Thrombozytenaktivierung von Bedeutung sind, führen zur Aktivierung von Phospholipasen (PL), die daraufhin sekundäre intrazelluläre Botenstoffe generieren. Während die Rolle von PLCs für die Thrombozytenaktivierung bekannt ist, ist die Relevanz der PLDs noch ungeklärt. Die vorliegende Arbeit untersucht die Funktion und Regulation von PLD in der Thrombozytenaktivierung und Thrombusbildung mittels genetisch veränderter Mäuse.
Im ersten Teil der Arbeit wurde die Adhäsion, Aktivierung und Aggregation von Pld2-/- und 
Pld1-/-/Pld2-/- Thrombozyten in vitro und in vivo untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Abwesenheit von PLD2 zu einer verminderten PLD Aktivität in Thrombozyten führte. Dies hatte allerdings keinen erkennbaren Effekt auf die Funktion der Thrombozyten in vitro und in vivo. Die PLD doppel-defizienten Thrombozyten hingegen wiesen Defekte bei der Sekretion der α-Granula auf, was zur Bildung von instabilen FeCl3-induzierten Thromben in einem in vivo Thrombosemodell führte. Diese Effekte waren in den einzeldefizienten Mäusen nicht vorhanden, was auf redundante Funktionen von PLD1 und PLD2 in diesem Prozess schließen lässt. Interessanterweise wurden keine hämostatischen Defekte durch die Doppeldefizienz hervorgerufen. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass PLD eine neue potentielle antithrombotische Zielstruktur darstellt.
Diese Hypothese wurde im zweiten Teil der Arbeit weiter überprüft. Der Effekt einer PLD Hemmung durch den reversiblen PLD Inhibitor 5-Fluoro-2-indolyl des-chlorohalopemide (FIPI) auf Hämostase und Thrombose wurde untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Behandlung von Mäusen mit FIPI zu einer spezifischen Blockade von PLD führte, die die alpha-Degranulierung und Integrinaktivierung, im ähnlichen Ausmaß wie in den doppeldefizienten Mäusen, beeinträchtigte. Des Weiteren zeigten Mäuse, die mit 3 mg/kg FIPI behandelt wurden, starke Defekte in der arteriellen Thrombusbildung in Makro- und Mikrogefäßen. FIPI vermittelte PLD Inhibition führte außerdem zu einem Schutz der Mäuse in einem Modell des ischämischen Schlaganfalls, ohne intrazerebrale Blutungen hervorzurufen. Diese Ergebnisse etablieren FIPI als potentiellen antithrombotischen Wirkstoff für eine effektive und sichere Behandlung von kardio- und zerebrovaskulären Erkrankungen.
Da PLD eine zentrale Rolle während der Thrombusbildung hat, wurde im letzten Teil der Arbeit auf die Regulation von PLD während der Thrombozytenaktivierung eingegangen. Bisherige Studien verwendeten häufig Inhibitoren, die zu unspezifischen Effekten führen können. Daher wird die Regulation von PLD in der Literatur kontrovers diskutiert. Die Untersuchung der PLD Aktivität in verschiedenen knockout Mauslinien stellt einen nützlichen Ansatz dar, um die kontrovers diskutierte PLD Regulation aufzuklären. Zu diesem Zweck wurde die PLD Aktivität in genetisch veränderten Mäusen, denen potentielle Regulatoren von PLD fehlen, gemessen. Im Zuge diesen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass integrinabhängige- und Gi-vermittelte Signalwege keinen Einfluss auf die Regulation von PLD hatten, während PLC vermittelte Signale von Bedeutung waren.
KW  - Phospholipase D
KW  - Thrombozyt
KW  - Thrombose
KW  - Schlaganfall
KW  - Hämsotase
KW  - Phospholipase D
KW  - Thrombose
KW  - Hämostase
KW  - Schlaganfall
KW  - Blutstillung
KW  - Maus
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-99179
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gorelashvili, Maximilian Georg
T1  - Investigation of megakaryopoiesis and the acute phase of ischemic stroke by advanced fluorescence microscopy
T1  - Untersuchungen der Megakaryopoese und der akuten Phase des ischämischen Schlaganfalls mit Hilfe von hochentwickelter Fluoreszenzmikroskopie
N2  - In mammals, anucleate platelets circulate in the blood flow and are primarily responsible for maintaining functional hemostasis. Platelets are generated in the bone marrow (BM) by megakaryocytes (MKs), which mainly reside directly next to the BM sinusoids to release proplatelets into the blood. MKs originate from hematopoietic stem cells and are thought to migrate from the endosteal to the vascular niche during their maturation, a process, which is, despite being intensively investigated, still not fully understood. 
Long-term intravital two photon microscopy (2PM) of MKs and vasculature in murine bone marrow was performed and mean squared displacement analysis of cell migration was performed. The MKs exhibited no migration, but wobbling-like movement on time scales of 3 h. Directed cell migration always results in non-random spatial distribution. Thus, a computational modelling algorithm simulating random MK distribution using real 3D light-sheet fluorescence microscopy data sets was developed. Direct comparison of real and simulated random MK distributions showed, that MKs exhibit a strong bias to vessel-contact. However, this bias is not caused by cell migration, as non-vessel-associated MKs were randomly distributed in the intervascular space. Furthermore, simulation studies revealed that MKs strongly impair migration of other cells in the bone marrow by acting as large-sized obstacles. MKs are thought to migrate from the regions close to the endosteum towards the vasculature during their maturation process. MK distribution as a function of their localization relative to the endosteal regions of the bones was investigated by light sheet fluorescence microscopy (LSFM). The results show no bone-region dependent distribution of MKs. Taken together, the newly established methods and obtained results refute the model of MK migration during their maturation.
Ischemia reperfusion (I/R) injury is a frequent complication of cerebral ischemic stroke, where brain tissue damage occurs despite successful recanalization. Platelets, endothelial cells and immune cells have been demonstrated to affect the progression of I/R injury in experimental mouse models 24 h after recanalization. However, the underlying Pathomechanisms, especially in the first hours after recanalization, are poorly understood.
Here, LSFM, 2PM and complemental advanced image analysis workflows were established for investigation of platelets, the vasculature and neutrophils in ischemic brains. Quantitative analysis of thrombus formation in the ipsilateral and contralateral hemispheres at different time points revealed that platelet aggregate formation is minimal during the first 8 h after recanalization and occurs in both hemispheres. Considering that maximal tissue damage already is present at this time point, it can be concluded that infarct progression and neurological damage do not result from platelet aggregated formation. Furthermore, LSFM allowed to confirm neutrophil infiltration into the infarcted hemisphere and, here, the levels of endothelial cell marker PECAM1 were strongly reduced. However, further investigations must be carried out to clearly identify the role of neutrophils and the endothelial cells in I/R injury.
N2  - In Säugetieren zirkulieren kernlose Thrombozyten im Blutstrom und sind primär für die Aufrechterhaltung der funktionellen Hämostase verantwortlich. Thrombozyten werden im Knochenmark durch Megakaryozyten gebildet, die sich hauptsächlich in direkter Nähe zu Knochenmarkssinusoiden befinden, um Proplättchen in das Blut freizusetzen. Megakaryo-zyten stammen von hämatopoetischen Stammzellen ab und man glaubt, dass sie während ihres Reifungspro¬zesses von der endostalen in die vaskuläre Nische wandern – ein Prozess, der trotz intensiver Forschung noch nicht vollständig verstanden ist. 
Langzeit-Zwei-Photonen-Mikroskopie von Megakaryozyten und des Gefäßbaums wurde in murinem Knochenmark von lebenden Tieren in Kombination mit der Analyse der mittleren quadratischen Verschiebung der Zellmigration durchgeführt. Die Megakaryozyten zeigten keine Migration, sondern eine wackelartige Bewegung auf Zeitskalen von 3 Stunden. Die gerichtete Zellmigration führt stets zu einer nicht zufälligen räumlichen Verteilung der Zellen. Daher wurde ein Computermodellierungsalgorithmus entwickelt, der eine zufällige Megakaryo¬zytenverteilung unter Verwendung von realen 3D-Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie-Datensätzen simuliert. Der direkte Vergleich realer und simuliert zufälliger Megakaryozyten¬verteilungen zeigte, dass MKs stark mit Knochenmarksgefäßen assoziiert sind. Dieses wird jedoch nicht durch Zellmigration verursacht, da nicht-Gefäß-assoziierte MKs zufällig im intervaskulären Raum verteilt waren. Darüber hinaus zeigten Simulationsstudien, dass Megakaryozyten die Migration anderer Zellen im Knochenmark stark beeinträchtigen, da sie als sterische Hindernisse wirken. Es wird angenommen, dass MKs während ihres Reife¬prozesses von den Regionen in der Nähe des Endosteums in Richtung des Gefäßsystems wandern. Die Megakaryozytenverteilung als Funktion ihrer Lokalisierung relativ zu den endo¬stalen Regionen des Knochens wurde durch Lichtblattmikroskopie untersucht. Die Ergebnisse zeigen keine knochenregionabhängige Verteilung von Megakaryozyten. Zusammenge¬nommen widerlegen die neu etablierten Methoden und erzielten Ergebnisse das Modell der Megakaryozyten¬migration während ihrer Reifung.
Ischämie-Reperfusionsschaden (I/R) ist eine häufige Komplikation des zerebralen ischämischen Schlaganfalls, bei dem trotz erfolgreicher Rekanalisierung eine Schädigung des Hirngewebes auftritt. Es wurde gezeigt, dass Thrombozyten, Endothelzellen und Immunzellen das Fortschreiten der I/R-Verletzung in experimentellen Mausmodellen 24 Stunden nach der Rekanalisierung beeinflussen. Die zugrundeliegenden Pathomechanismen, insbesondere in den ersten Stunden nach der Rekanalisierung, sind jedoch kaum verstanden.
Hier wurden Lichtblattmikroskopie, Zwei-Photonen-Mikroskopie und ergänzende hochkom-plexe Bildanalyse-Workflows zur Untersuchung von Thrombozyten, der Gefäße und Neutro-philen in ischämischen Gehirnen etabliert. Die quantitative Analyse der Thrombusbildung in der ipsilateralen und kontralateralen Hemisphäre zu verschiedenen Zeitpunkten zeigte, dass die Thrombozytenaggregationsbildung während der ersten 8 Stunden nach der Rekanalisierung minimal ist und in beiden Hemisphären auftritt. In Anbetracht dessen, dass zu diesem Zeitpunkt bereits eine maximale Gewebeschädigung vorliegt, kann geschlossen werden, dass die Infarkt¬progression und der neurologische Schaden nicht aus der Bildung von Thrombozytenaggre¬gaten resultieren. Darüber hinaus erlaubte Lichtblattmikroskopie die Neutrophileninfiltration in die infarzierte Hemisphäre zu bestätigen und hier waren die Spiegel des Endothelzellmarkers PECAM1 stark reduziert. Es müssen jedoch weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um die Rolle von Neutrophilen und Endothelzellen bei I/R-Verletzungen klar zu identifizieren.
KW  - Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Schlaganfall
KW  - Megakaryozyt
KW  - Computersimulation
KW  - Light sheet microscopy
KW  - ischemic stroke
KW  - megakaryopoiesis
KW  - multi-photon microscopy
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-186002
ER  - 
TY  - THES
A1  - Popp, Michael
T1  - Mechanisms of platelet activation and receptor regulation in genetically modified mice
T1  - Mechanismen der Thrombozytenaktivierung und Rezeptorregulation in genetisch veränderten Mäusen
N2  - This work summarizes the results of studies on several major aspects of platelet activation and platelet receptor regulation. Therefore, this thesis is divided into four parts.
Platelet activation and aggregation at sites of vascular injury is critical to prevent excessive blood loss, but may also lead to life-threatening ischemic disease states, such as myocardial infarction and stroke. Agonist-induced elevation in cytosolic Ca2+ concentrations is essential for platelet activation in hemostasis and thrombosis. The principal route of Ca2+ influx in platelets is store-operated calcium entry (SOCE). The calcium sensor molecule stromal interaction molecule 1 (STIM1) regulates SOCE by activating the membrane calcium channel protein Orai1, but the exact mechanisms of this interaction are not fully understood. Using affinity chromatography to screen for STIM1 interacting proteins in platelets, bridging integrator 2 (BIN2), an adapter protein belonging to the family of BAR proteins that is mainly expressed in the hematopoietic system, was identified. Newly generated BIN2 KO mice were viable and fertile but their platelets displayed markedly impaired SOCE in response to thapsigargin (TG) as well as agonists acting on immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM) or G protein-coupled receptors. This SOCE defect resulted in impaired (hem)ITAM induced platelet activation, aggregate formation under flow and procoagulant activity. As a consequence, mice lacking BIN2 in platelets were protected from occlusive arterial thrombus formation and thrombo-inflammatory cerebral infarct progression in a model of experimental stroke. These results identify BIN2 as a critical regulator of platelet SOCE in thrombosis and thrombo-inflammatory disease.
Integrin αIIbβ3 plays a central role in the adhesion and aggregation of platelets. Integrin activation requires the transmission of a signal from the small cytoplasmic tails of the α or β
subunit to the large extracellular domains resulting in conformational changes of the extracellular domains to enable ligand binding. It was hypothesized that Hic-5 is a novel regulator of integrin αIIbβ3 activation in mice. As demonstrated in the second part of this thesis, lack of Hic-5 had no detectable effect on platelet integrin activation and function in vitro and in vivo under all tested conditions. These results indicate that Hic-5 is dispensable for integrin αIIbβ3 activation and consequently for arterial thrombosis and hemostasis in mice.
The Rho GTPase family members RhoA and Rac1 play major roles in platelet activation at sites of vascular injury. Little is known about possible redundant functions of these Rho GTPases in regulating platelet function. To investigate functional redundancies of RhoA and Rac1 in platelet production and function, mice with MK- and platelet-specific double- deficiencies in RhoA and Rac1 were generated. RhoA/Rac1 double-deficiency phenocopied the respective single knockouts without any additional effects in the double-knockout animals, demonstrating for the first time a functional non-redundancy of RhoA and Rac1 in platelet function.
Antibodies against platelet glycoproteins (GP) trigger platelet destruction in immune thrombocytopenia (ITP) by binding to Fcγ receptors (FcγRs) on immune cells. However, antibodies against the platelet collagen receptor GPVI exert powerful anti-thrombotic action in vivo by inducing ectodomain shedding of the receptor associated with a transient thrombocytopenia. As shown in the final part of this thesis, blockade or deficiency of the inhibitory FcγRIIB abolished sequestration of anti-GPVI opsonized platelets in the hepatic vasculature and GPVI shedding. This process was mediated by liver sinusoidal endothelial cells (LSEC), the major FcγRIIB expressing cell type in the body. Furthermore, LSEC FcγRIIB mediated hepatic platelet sequestration and contributed to thrombocytopenia in mice treated with antibodies against αIIbβ3, the major target antigen in human ITP. These results reveal a novel and unexpected function of hepatic FcγRIIB in the processing of antibody-opsonized platelets.
N2  - Diese Arbeit fasst Untersuchungen zu verschiedenen Aspekten der Aktivierung von Thrombozyten und deren Rezeptorregulation zusammen. Daher ist diese Doktorarbeit in vier Teile gegliedert.
Die Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten nach einer Gefäßverletzung ist entscheidend, um einen übermäßigen Blutverlust zu vermeiden, kann aber auch zu lebensbedrohlichen ischämischen Erkrankungen, wie beispielsweise Myokardinfarkt und Schlaganfall, führen. Bei der Aktivierung der Thrombozyten kommt es zu einem Anstieg der zytosolischen Ca2+-Konzentration. Der Ca2+-Einstrom in die Thrombozyten erfolgt hauptsächlich durch den „store operated calcium entry“ (SOCE). Der Calciumsensor „stromal interaction molecule 1“ (STIM1) reguliert den SOCE indem er das Ionenkanal-bildende Protein Orai1 in der Plasmamembran aktiviert. Der genaue Mechanismus dieser Interaktion ist jedoch noch nicht vollständig aufgeklärt. Durch den Einsatz von Affinitätschromatographie, um Interaktionspartner von STIM1 zu identifizieren, wurde „bridging integrator 2“ (BIN2) gefunden. BIN2 ist ein Adapterprotein, aus der Familie der BAR Proteine, welches hauptsächlich von Zellen des hämatopoetischen Systems exprimiert wird. BIN2-defiziente Mäuse sind lebensfähig und fruchtbar, aber ihre Thrombozyten zeigten einen deutlich verminderten SOCE. Diese Reduktion zeigte sich sowohl nach der Stimulation mit Thapsigargin, aber auch nach der Stimulation mit Agonisten, die „immunoreceptor tyrosine-based activation motif-“ (ITAM-) oder G-Protein gekoppelte Rezeptoren aktivieren. Der defekte SOCE führte zu verminderter (hem)ITAM-induzierter Thrombozytenaktivierung, reduzierter Thrombenbildung im Flusskammersystem und verminderter prokoagulanter Aktivität. Dies hatte zur Folge, dass Mäuse mit thrombozytenspezifischer BIN2-Defizienz vor arterieller Thrombose und, in einem Schlaganfallmodell, vor thrombo-inflammatorischer Infarktprogression geschützt sind. Diese Ergebnisse zeigen, dass BIN2 ein wichtiger Regulator des SOCE in Thrombozyten bei Thrombosen und thrombo-inflammatorischen Erkrankungen ist.
Das Integrin αIIbβ3 spielt bei der Adhäsion und Aggregation von Thrombozyten eine wichtige Rolle. Um das Integrin zu aktivieren, bedarf es einer Signalübertragung von den kleinen zytoplasmatischen Teilen der α und β Untereinheiten zu den großen extrazellulären Domänen, was zu deren Konformationsänderung führt und schließlich die Ligandenbindung ermöglicht. Es besteht die Hypothese, dass Hic-5 an der Regulation des Integrins αIIbβ3 in murinen Thrombozyten beteiligt ist. Wie im zweiten Teil dieser Arbeit gezeigt werden konnte, hat eine Hic-5 Defizienz jedoch weder in vitro noch in vivo Einfluss auf die Aktivierung und Funktion des Integrins αIIbβ3 in Thrombozyten. Diese Ergebnisse zeigen, dass Hic-5 für die Aktivierung des Integrins αIIbβ3 und folglich auch für die arterielle Thrombose und Hämostase in Mäusen entbehrlich ist.
Kleine GTPasen der Rho-Proteinfamilie, wie z.B. RhoA und Rac1 spielen bei der Thrombozytenaktivierung bei Gefäßverletzungen eine wichtige Rolle. Dennoch ist wenig über redundante Funktionen von RhoA und Rac1 bei der Steuerung der Thrombozytenfunktion bekannt. Um eine mögliche funktionelle Redundanz von RhoA und Rac1 zu untersuchen, wurden MK- und thrombozytenspezifische RhoA und Rac1 doppelt-defiziente Tiere gezüchtet. Die Thrombozyten der Tiere zeigten die Phänotypen einer RhoA- und Rac1-Defizienz, ohne dass weiter Effekte bemerkbar waren. Diese Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, dass es keine funktionelle Redundanz von RhoA und Rac1 bei der Regulation der Thrombozytenfunktion gibt.
Antikörper, die gegen Glykoproteine auf Thrombozyten gerichtet sind, führen bei einer Immunthrombozytopenie (ITP) durch die Bindung an Fcγ Rezeptoren auf Immunzellen, zu einer Zerstörung der Thrombozyten. Eine Ausnahme sind Antikörper gegen den Kollagenrezeptor GPVI der Thrombozyten. Hier führen diese Antikörper zu einem starken antithrombotischen Schutz in vivo, indem sie das sog. „Shedding“ der Ektodomäne des Rezeptors und nur eine vorübergehende Thrombozytopenie auslösen. Im letzten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl die Blockade, also auch das vollständige Fehlen des inhibitorischen FcγRIIB, die Sequestrierung von anti-GPVI-opsonierten Thrombozyten und das Shedding von GPVI verhindert. Für diese Prozesse ist speziell der FcγRIIB auf „liver sinusoidal endothelial cells“ (LSEC) ursächlich. Ferner konnte gezeigt werden, dass FcγRIIB auf LSECs auch für die Sequestrierung von Thrombozyten und die Thrombozytopenie in Mäusen, die mit Antikörpern gegen αIIbβ3, dem Hauptantigen bei humaner ITP, behandelt wurden, verantwortlich ist. Diese Ergebnisse enthüllen eine neue und unerwartete Funktion des hepatischen FcγRIIB bei der Reaktion auf Antikörper-opsonierte Thrombozyten.
KW  - Hämostase
KW  - Maus
KW  - Thrombose
KW  - Thrombozyt
KW  - Schlaganfall
KW  - RhoGTPase
KW  - Hic-5
KW  - SOCE
KW  - GPVI
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-135494
ER  - 
TY  - THES
A1  - Göb [née Klaus], Vanessa Aline Domenica
T1  - Pathomechanisms underlying ischemic stroke
T1  - Pathomechanismen des ischämischen Schlaganfalles
N2  - Every year, stroke affects over 100 million people worldwide and the number of cases continues to grow. Ischemic stroke is the most prevalent form of stroke and rapid restoration of blood flow is the primary therapeutic aim. However, recanalization might fail or reperfusion itself induces detrimental processes leading to infarct progression. Previous studies identified platelets and immune cells as drivers of this so-called ischemia/reperfusion (I/R) injury, establishing the concept of ischemic stroke as thrombo-inflammatory disease. Reduced cerebral blood flow despite recanalization promoted the hypothesis that thrombus formation within the cerebral microcirculation induces further tissue damage. The results presented in this thesis refute this: using complementary methodologies, it was shown that infarct growth precedes the occurrence of thrombi excluding them as I/R injury-underlying cause. Blood brain barrier disruption is one of the hallmarks of ischemic stroke pathology and was confirmed as early event during reperfusion injury in the second part of this study. Abolished platelet α-granule release protects mice from vascular leakage in the early reperfusion phase resulting in smaller infarcts. Using in vitro assays, platelet α-granule-derived PDGF-AB was identified as one factor contributing to blood-brain barrier disruption.
In vivo visualization of platelet activation would provide important insights in the spatio-temporal context of platelet activation in stroke pathology. As platelet signaling results in elevated intracellular Ca2+ levels, this is an ideal readout. To overcome the limitations of chemical calcium indicators, a mouse line expressing an endogenous calcium reporter specifically in platelets and megakaryocytes was generated. Presence of the reporter did not interfere with platelet function, consequently these mice were characterized in in vivo and ex vivo models. 
Upon ischemic stroke, neutrophils are among the first cells that are recruited to the brain. Since for neutrophils both, beneficial and detrimental effects are described, their role was investigated within this thesis. Neither neutrophil depletion nor absence of NADPH-dependent ROS production (Ncf-/- mice) affected stroke outcome. In contrast, abolished NET-formation in Pad4-/- mice resulted in reduced infarct sizes, revealing detrimental effects of NETosis in the context of ischemic stroke, which might become a potential therapeutic target. 
Cerebral venous (sinus) thrombosis, CV(S)T is a rare type of stroke with mainly idiopathic onset. Whereas for arterial thrombosis a critical contribution of platelets is known and widely accepted, for venous thrombosis this is less clear but considered more and more. In the last part of this thesis, it was shown that fab-fragments of the anti-CLEC-2 antibody INU1 trigger pathological platelet activation in vivo, resulting in foudroyant CVT accompanied by heavy neurological symptoms. Using this novel animal model for CVT, cooperative signaling of the two platelet receptors CLEC-2 and GPIIb/IIIa was revealed as major trigger of CVT and potential target for treatment.
N2  - Jährlich sind weltweit über 100 Millionen Menschen von einem Schlaganfall betroffen, wobei die Zahl der Fälle weiter zunimmt. Der ischämische Schlaganfall ist die häufigste Form des Schlaganfalls, und die sofortige Wiederherstellung des Blutflusses ist das oberste Therapie¬ziel. Allerdings kommt es vor, dass die Rekanalisierung des betroffenen Gefäßes fehlschlägt oder die Reperfusion selbst zu schädlichen Prozessen führt, die das Fortschreiten des Infarkts begünstigen. In vorangegangen Studien wurden Thrombozyten und Immunzellen als treibende Kräfte dieser so genannten Ischämie/Reperfusion (I/R)-Schädigung identifiziert und der ischämische Schlaganfall als thrombo-inflammatorische Erkrankung definiert. Eine verminderte zerebrale Durchblutung trotz Rekanalisation führte zu der Hypothese, dass die Bildung von Thromben in der zerebralen Mikrozirkulation zu weiteren Gewebeschäden führt. Die hier vorgestellten Ergebnisse widerlegen dies: Mit Hilfe komplementärer Methoden konnte gezeigt werden, dass das Infarktwachstum dem Auftreten von Thromben vorausgeht, was diese als Ursache für die I/R-Verletzung ausschließt.
Die Störung der Blut-Hirn-Schranke ist eines der charakteristischen Kennzeichen der Pathologie des ischämischen Schlaganfalls und wurde im zweiten Teil dieser Studie als frühes Ereignis während des Reperfusionsschadens bestätigt. Mit Hilfe transgener Mäuse konnte gezeigt werden, dass die Ausschüttung von α-Granula aus Thrombozyten in der frühen Reperfusionsphase an Störungen der Blut-Hirn-Schranke beteiligt ist und somit zum Infarktwachstum beiträgt. In in-vitro-Versuchen konnte gezeigt werden, dass PDGF-AB, ein Bestandteil der α-Granula, an Prozessen, die für die Beeinträchtigung der Blut-Hirn-Schranke verantwortlich sind, beteiligt ist.
Die Sichtbarmachung von aktivierten Thrombozyten in vivo, würde wichtige Erkenntnisse über den räumlichen und zeitlichen Kontext der Aktivierung von Thrombozyten im Verlauf des Schlaganfalls liefern. Da alle aktivierenden Signalwege zum Anstieg des intrazellulären Kalziumspiegels führen, ist Kalzium ein idealer Indikator der Thrombozytenaktivierung. Um die Grenzen chemischer Kalziumindikatoren zu überwinden, wurde eine transgene Mauslinie erzeugt, welche einen endogenen Kalziumreporter speziell in Thrombozyten und Megakaryozyten exprimiert. Die Anwesenheit des Reporters hatte keine Auswirkung auf die Funktionalität der Thrombozyten und die Mäuse wurden in vivo sowie ex vivo in verschiedenen Experimenten charakterisiert. 
In der Folge eines ischämischen Schlaganfalles gehören Neutrophile zu den am frühesten ins Gehirn einwandernden Zellen. Dabei werden Neutrophilen sowohl günstige als auch schädliche Wirkungen auf den Verlauf des ischämischen Schlaganfalls zugeschrieben. Aus diesem Grund wurde ihre Rolle in dieser Arbeit näher untersucht. Weder die Abwesenheit von Neutrophilen noch das Fehlen der NADPH-abhängigen Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (Ncf1-/- Mäuse) beeinflussen den Ausgang eines Schlaganfalls. Im Gegensatz dazu, führte die Verhinderung der NET-Bildung (NET = neutrophil extracellular traps) in Pad4-/- Mäusen zu verringerten Infarktgrößen, was auf eine schädliche Wirkung der NETose im Zusammenhang des Schlaganfalls hinweist und somit ein therapeutisches Angriffsziel darstellen könnte. 
Sinusvenenthrombosen sind eine seltene Form des Schlaganfalls, die meist ohne bekannte Ursache auftreten. Während für die arterielle Thrombose ein kritischer Beitrag der Thrombozyten bekannt und weithin akzeptiert ist, ist dies für venöse Thrombosen weniger klar, wird aber immer mehr in Betracht gezogen. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Fab-Fragmente des anti-CLEC-2-Antikörpers INU1 in vivo eine pathologische Aktivierung von Thrombozyten auslösen, die zu einer fulminanten Sinusvenenthrombose mit schweren neurologischen Symptomen führt. Mit Hilfe dieses neuartigen Tiermodells wurde die zusammenwirkende Signalübertragung der beiden Thrombozytenrezeptoren CLEC-2 und GPIIb/IIIa als Hauptauslöser der Sinusvenenthrombose und damit potenzielles Ziel für eine Behandlung identifiziert.
KW  - Schlaganfall
KW  - Thrombozyt
KW  - Maus
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - Sinusthrombose
KW  - thrombo-inflammation
KW  - ischemic stroke
KW  - blood brain barrier
KW  - CVT
KW  - platelets
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-286727
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zimmermann [née Papp], Lena
T1  - Platelets as modulators of blood-brain barrier disruption and inflammation in the pathophysiology of ischemic stroke
T1  - Thrombozyten als Modulatoren der Blut-Hirn-Schrankenstörung und Inflammation in der Pathophysiologie des ischämischen Schlaganfalls
N2  - Ischemia-reperfusion injury (I/R injury) is a common complication in ischemic stroke (IS) treatment, which is characterized by a paradoxical perpetuation of tissue damage despite the successful re-establishment of vascular perfusion. This phenomenon is known to be facilitated by the detrimental interplay of platelets and inflammatory cells at the vascular interface. However, the spatio-temporal and molecular mechanisms underlying these cellular interactions and their contribution to infarct progression are still incompletely understood. Therefore, this study intended to clarify the temporal mechanisms of infarct growth after cerebral vessel recanalization. The data presented here could show that infarct progression is driven by early blood-brain-barrier perturbation and is independent of secondary thrombus formation. Since previous studies unravelled the secretion of platelet granules as a molecular mechanism of how platelets contribute to I/R injury, special emphasis was placed on the role of platelet granule secretion in the process of barrier dysfunction. By combining an in vitro approach with a murine IS model, it could be shown that platelet α-granules exerted endothelial-damaging properties, whereas their absence (NBEAL2-deficiency) translated into improved microvascular integrity. Hence, targeting platelet α-granules might serve as a novel treatment option to reduce vascular integrity loss and diminish infarct growth despite recanalization.
Recent evidence revealed that pathomechanisms underlying I/R injury are already instrumental during large vessel occlusion. This indicates that penumbral tissue loss under occlusion and I/R injury during reperfusion share an intertwined relationship. In accordance with this notion, human observational data disclosed the presence of a neutrophil dominated immune response and local platelet activation and secretion, by the detection of the main components of platelet α-granules, within the secluded vasculature of IS patients. These initial observations of immune cells and platelets could be further expanded within this thesis by flow cytometric analysis of local ischemic blood samples. Phenotyping of immune cells disclosed a yet unknown shift in the lymphocyte population towards CD4+ T cells and additionally corroborated the concept of an immediate intravascular immune response that is dominated by granulocytes. Furthermore, this thesis provides first-time evidence for the increased appearance of platelet-leukocyte-aggregates within the secluded human vasculature. Thus, interfering with immune cells and/or platelets already under occlusion might serve as a potential strategy to diminish infarct expansion and ameliorate clinical outcome after IS.
N2  - Eine häufig auftretende Komplikation in der Behandlung des ischämischen Schlaganfalls ist der Ischämie/Reperfusion Schaden (I/R Schaden), welcher trotz der erfolgreichen Wiederherstellung der zerebralen Durchblutung durch ein paradoxes Fortschreiten des entstandenen Gewebeschadens charakterisiert ist. Dieses Phänomen wird durch das schädigende Zusammenspiel von Thrombozyten und inflammatorischen Zellen am vaskulären Endothel verursacht. Allerdings sind die räumlich-temporalen und molekularen Mechanismen dieser zellulären Interaktionen und deren Beteiligung am Infarktwachstum noch nicht vollständig verstanden. Daraus folgend, beabsichtigte diese Arbeit eben diese temporalen Mechanismen des fortschreitenden Infarktwachstums nach der zerebralen Gefäßwiedereröffnung aufzuklären. Die hier vorgestellten Daten implizieren, dass das anhaltende Fortschreiten des Gewebeschadens durch die Schädigung der Bluthirnschranke verursacht wird und somit unabhängig vom Auftreten sekundär gebildeter Thromben ist. In vorangegangenen Studien konnte die Freisetzung von thrombozytären Granula als molekularer Mechanismus, mit welchem Thrombozyten zum I/R Schaden beitragen, aufgedeckt werden. Basierend auf diesen Studien wurde in dieser Arbeit ein besonderes Augenmerk auf die Sekretion thrombozytärer Granula im Zusammenhang mit der Beeinträchtigung der endothelialen Barriere gelegt. Durch die Kombination eines in vitro Ansatzes mit einem murinen Model des ischämischen Schlaganfalls konnte gezeigt werden, dass α-Granula endothelialen Schaden verursachen, wohingegen deren Absenz (NBEAL2 Defizienz) zu einer verbesserten mikrovaskulären Integrität führte. Aufgrund dessen könnte das Adressieren der α-Granula als eine neuartige Therapieoption zum Erhalt der vaskulären Integrität und zur Verminderung des Infarktwachstums trotz Rekanalisation genutzt werden.
Neuste Erkenntnisse enthüllten, dass die dem I/R Schaden zu Grunde liegenden Pathomechanismen bereits während des Verschlusses eines großen hirnversorgenden Gefäßes zu beobachten sind. Dies deutet darauf hin, dass der Verlust von penumbralem Gewebe unter Okklusion und I/R Schädigung während der Reperfusion im engen Zusammenhang stehen. Im Einklang hiermit konnten humane Daten eine Neutrophilen-dominierte Immunantwort und lokale Thrombozyten Aktivierung und deren Sekretion, anhand der Detektion der α-Granula Hauptkomponenten, im verschlossenen Gefäßsystem von ischämischen Schlaganfall Patienten nachweisen. Diese anfänglichen Beobachtungen konnten im Rahmen dieser Arbeit anhand durchflusszytometrischer Untersuchungen von lokal abgenommenen ischämischen Blutproben erweitert werden. Die Phänotypisierung von Immunzellen enthüllte eine bisher unbekannte Verschiebung der Lymphozyten Population hin zu CD4+ T-Zellen und bekräftigte zusätzlich das Konzept einer unmittelbaren intravaskulären Immunantwort, welche durch Granulozyten dominiert wird. Darüber hinaus konnte in dieser Thesis das erste Mal das erhöhte Auftreten von Thrombozyten-Leukozyten-Aggregaten in dem verschlossenen humanen Gefäßsystem nachgewiesen werden. Demzufolge könnte eine Beeinflussung von Immunzellen und/oder Thrombozyten bereits unter Okklusion als potentiell vielversprechende Strategie genutzt werden, um die Ausweitung des Infarktes einzuschränken und klinische Endpunkte nach einem ischämischen Schlaganfall zu verbessern.
KW  - Schlaganfall
KW  - Thrombozyt
KW  - Entzündung
KW  - Thrombo-inflammation
KW  - Ischemic stroke
KW  - Platelets
KW  - Inflamamtion
KW  - Immune cells
KW  - Vascular system
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-302850
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kleinschnitz, Christoph
A1  - Grund, Henrike
A1  - Wingler, Kirstin
A1  - Armitage, Melanie E.
A1  - Jones, Emma
A1  - Mittal, Manish
A1  - Barit, David
A1  - Schwarz, Tobias
A1  - Geis, Christian
A1  - Kraft, Peter
A1  - Barthel, Konstanze
A1  - Schuhmann, Michael K.
A1  - Herrmann, Alexander M.
A1  - Meuth, Sven G.
A1  - Stoll, Guido
A1  - Meurer, Sabine
A1  - Schrewe, Anja
A1  - Becker, Lore
A1  - Gailus-Durner, Valerie
A1  - Fuchs, Helmut
A1  - Klopstock, Thomas
A1  - de Angelis, Martin Hrabe
A1  - Jandeleit-Dahm, Karin
A1  - Shah, Ajay M.
A1  - Weissmann, Norbert
A1  - Schmidt, Harald H. H. W.
T1  - Post-Stroke Inhibition of Induced NADPH Oxidase Type 4 Prevents Oxidative Stress and Neurodegeneration
N2  - Ischemic stroke is the second leading cause of death worldwide. Only one moderately effective therapy exists, albeit with contraindications that exclude 90% of the patients. This medical need contrasts with a high failure rate of more than 1,000 pre-clinical drug candidates for stroke therapies. Thus, there is a need for translatable mechanisms of neuroprotection and more rigid thresholds of relevance in pre-clinical stroke models. One such candidate mechanism is oxidative stress. However, antioxidant approaches have failed in clinical trials, and the significant sources of oxidative stress in stroke are unknown. We here identify NADPH oxidase type 4 (NOX4) as a major source of oxidative stress and an effective therapeutic target in acute stroke. Upon ischemia, NOX4 was induced in human and mouse brain. Mice deficient in NOX4 (Nox42/2) of either sex, but not those deficient for NOX1 or NOX2, were largely protected from oxidative stress, blood-brain-barrier leakage, and neuronal apoptosis, after both transient and permanent cerebral ischemia. This effect was independent of age, as elderly mice were equally protected. Restoration of oxidative stress reversed the stroke-protective phenotype in Nox42/2 mice. Application of the only validated low-molecular-weight pharmacological NADPH oxidase inhibitor, VAS2870, several hours after ischemia was as protective as deleting NOX4. The extent of neuroprotection was exceptional, resulting in significantly improved long-term neurological functions and reduced mortality. NOX4 therefore represents a major source of oxidative stress and novel class of drug target for stroke therapy.
KW  - Schlaganfall
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-68416
ER  - 
TY  - THES
A1  - Elhfnawy, Ahmed
T1  - Relation between the length of the internal carotid stenotic segment and ischemic cerebrovascular events as well as white matter lesion load
T1  - Zusammenhang zwischen der Stenoselänge der Arteria carotis interna und ischämischen zerebrovaskulären Ereignissen sowie der Läsionslast der weißen Substanz
N2  - Background and Purpose: Internal carotid artery stenosis ≥70% is a leading cause of ischemic cerebrovascular events. However, a considerable percentage of stroke survivors with symptomatic internal carotid artery stenosis have <70% stenosis with a vulnerable plaque. Whether the length of internal carotid artery stenosis is associated with high risk of ischemic cerebrovascular events or with white matter lesions is poorly investigated. Our main aim was to investigate the relation between the length of internal carotid artery stenosis and the development of ischemic cerebrovascular events as well as ipsi-, contralateral as well as mean white matter lesion load. 
Methods: In a retrospective cross-sectional study, 168 patients with 208 internal carotid artery stenosis were identified. The degree and length of internal carotid artery stenosis as well as plaque morphology (hypoechoic, mixed or echogenic) were assessed on ultrasound scans. The white matter lesions were assessed in 4 areas separately, (periventricular and deep white matter lesions on each hemisphere), using the Fazekas scale. The mean white matter lesions load was calculated as the mean of these four values.
Results: A statistically significant inverse correlation between the ultrasound-measured length and degree of internal carotid artery stenosis was detected for symptomatic internal carotid artery stenosis ≥70% (Spearman correlation coefficient ρ = –0.57, p < 0.001, n = 51) but neither for symptomatic internal carotid artery stenosis <70% (ρ = 0.15, p = 0.45, n = 27) nor for asymptomatic internal carotid artery stenosis (ρ = 0.07, p = 0.64, n = 54). The median (IQR) length for symptomatic internal carotid artery stenosis <70% and ≥70% was 17 (15–20) and 15 (12–19) mm (p = 0.06), respectively, while that for symptomatic internal carotid artery stenosis <90% and symptomatic internal carotid artery stenosis 90% was 18 (15–21) and 13 (10–16) mm, respectively (p < 0.001). Among patients with internal carotid artery stenosis <70%, a cut-off length of ≥16 mm was found for symptomatic internal carotid artery stenosis rather than asymptomatic internal carotid artery stenosis with a sensitivity and specificity of 74.1% and 51.1%, respectively. Irrespective of the stenotic degree, plaques of the symptomatic internal carotid artery stenosis compared to asymptomatic internal carotid artery stenosis were significantly more often echolucent (43.2 vs. 24.6%, p = 0.02). The length but not the degree of internal carotid artery stenosis showed a very slight trend toward association with ipsilateral white matter lesions and with mean white matter lesions load.
Conclusion: We found a statistically insignificant tendency for the ultrasound-measured length of symptomatic internal carotid artery stenosis <70% to be longer than that of symptomatic internal carotid artery stenosis ≥70%. Moreover, the ultrasound-measured length of symptomatic internal carotid artery stenosis <90% was significantly longer than that of symptomatic internal carotid artery stenosis 90%. Among patients with symptomatic internal carotid artery stenosis ≥70%, the degree and length of stenosis were inversely correlated. Furthermore, we have shown that a slight correlation exists between the length of stenosis and the presence of ipsilateral white matter lesions which might be due to microembolisation originating from the carotid plaque. Larger studies are needed before a clinical implication can be drawn from these results.
N2  - Hintergrund: Stenose der A. carotis interna ≥70% ist eine der führenden Ursachen für ischämische zerebrovaskuläre Ereignisse. Ein beträchtlicher Prozentsatz der Schlaganfall-Überlebenden mit symptomatischer Stenose der A. carotis interna weist jedoch eine Stenose <70% mit einer „vulnerable Plaque“ auf. Ob die Länge der Stenose der A. carotis interna mit einem hohen Risiko für ischämische zerebrovaskuläre Ereignisse oder mit Läsionen der weißen Substanz verbunden ist, wird nur unzureichend untersucht. Unser Hauptziel war es, den Zusammenhang zwischen der Länge der Stenose der Aerteria carotis interna und der Entwicklung von ischämischen zerebrovaskulären Ereignissen sowie der ipsi-, kontralateralen und mittleren Läsionslast der weißen Substanz zu untersuchen.
Methode: In einer retrospektiven Querschnittsstudie wurden 168 Patienten mit 208 Stenosen der A. carotis interna identifiziert. Der Stenosegrad und die Stenoselänge sowie die Plaquemorphologie (echoarm, gemischt oder echogen) wurden mittels Ultraschall untersucht. Die Läsionen der weißen Substanz wurden in 4 Bereichen (periventrikuläre und subkortilae Läsionen der weißen Substanz, jeweils auf jeder Hemisphäre) mittels Fazekas-Skala bewertet. Der mittlere dieser vier Werte wurde ebenso berechnet. 
Ergebnisse: Eine statistisch signifikante inverse Korrelation zwischen der mit Ultraschall gemessenen Länge und dem Stenosegrad der A. carotis interna wurde für eine symptomatische Stenose der A. carotis interna von ≥ 70% festgestellt (Spearman-Korrelationskoeffizient ρ = –0,57, p <0,001, n = 51), jedoch keine bei symptomatischer Stenose der A. carotis interna <70% (ρ = 0,15, p = 0,45, n = 27) und bei asymptomatischer Stenose der A. carotis interna (ρ = 0,07, p = 0,64, n = 54). Die mediane Länge (IQR) für symptomatische Stenosen der A. carotis interna <70% und ≥ 70% betrug 17 (15–20) bzw. 15 (12–19) mm (p = 0,06), die für symptomatische Stenosen der A. carotis interna <90% und symptomatische Stenose der A. carotis interna 90% betrugen 18 (15–21) bzw. 13 (10–16) mm (p <0,001). Bei Patienten mit einer Stenose der A. carotis interna <70% wurde für eine symptomatische Stenose der A. carotis interna einen Grenzwert von ≥ 16 mm gefunden, und nicht für eine asymptomatische Stenose der A. carotis interna mit einer Sensitivität und Spezifität von 74,1% bzw. 51,1%. Unabhängig vom stenotischen Grad waren Plaques der symptomatischen Stenose der A. carotis interna im Vergleich zur asymptomatischen Stenose der A. carotis interna signifikant häufiger echoarm (43,2 vs. 24,6%, p = 0,02). Die Stenoselänge, aber nicht der Stenosegrad der A. carotis interna zeigte einen sehr geringen Trend zur Assoziation mit ipsilateralen Läsionen der weißen Substanz und mit der mittleren Läsionslast der weißen Substanz.
Schlussfolgerung: Es wurde eine statistisch nicht signifikante Tendenz gefunden, dass die ultraschallgemessene Länge der symptomatischen Stenose der A. carotis interna <70% länger ist als die der symptomatischen Stenose der A. carotis interna ≥ 70%. Darüber hinaus war die durch Ultraschall gemessene Länge der symptomatischen Stenose der A. carotis interna <90% signifikant länger als die der symptomatischen Stenose der A. carotis interna 90%. Bei Patienten mit symptomatischer Stenose der A. carotis interna ≥ 70% waren Stenosegrad und Stenoselänge invers korreliert. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass eine leichte Korrelation zwischen der Stenoselänge und der ipsilateralen Läsionen der weißen Substanz besteht, die möglicherweise auf eine Mikroembolisation zurückzuführen sind, die vom Carotis-Plaque herrührt. Größere Studien sind erforderlich, bevor aus diesen Ergebnissen eine klinische Implikation abgeleitet werden kann.
KW  - Carotisstenose
KW  - Schlaganfall
KW  - White matter lesions
KW  - Stenosis length
KW  - Stenosis degree
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-191616
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heydenreich, Nadine
T1  - Studies on the contact-kinin system and macrophage activation in experimental focal cerebral ischemia
T1  - Untersuchungen zum Kontakt-Kinin-System und zur Makrophagen-Aktivierung beim Experimentellen Schlaganfall
N2  - Traditionally, ischemic stroke has been regarded as the mere consequence of cessation of cerebral blood flow, e.g. due to the thromboembolic occlusion of a major brain supplying vessel. However, the simple restoration of blood flow via thrombolysis and/or mechanical recanalization alone often does not guarantee a good functional outcome. It appears that secondary detrimental processes are triggered by hypoxia and reoxygenation, which are referred to as ischemia/reperfusion (I/R) injury. During recent years it became evident that, beside thrombosis inflammation and edema formation are key players in the pathophysiology of cerebral ischemia. The contact-kinin system represents an interface between thrombotic, inflammatory and edematous circuits. It connects the intrinsic coagulation pathway with the plasma kallikrein-kinin system (KKS) via coagulation factor FXII. 
The serine protease inhibitor C1-inhibitor (C1-INH) has a wide spectrum of inhibitory activities and counteracts activation of the contact-kinin system at multiple levels. The first part of the thesis aimed to multimodally interfere with infarct development by C1-INH and to analyze modes of actions of human plasma derived C1-INH Berinert® P in a murine model of focal cerebral ischemia. It was shown that C57BL/6 mice following early application of 15.0 units (U) C1-INH, but not 7.5 U developed reduced brain infarctions by ~60% and less neurological deficits in the model of transient occlusion of the middle cerebral artery (tMCAO). This protective effect was preserved at more advanced stages of infarction (day 7), without increasing the risk of intracerebral bleeding or affecting normal hemostasis. Less neurological deficits could also be observed with delayed C1-INH treatment, whereas no improvement was achieved in the model of permanent MCAO (pMCAO). Blood-brain-barrier (BBB) damage, inflammation and thrombosis were significantly improved following 15.0 U C1-INH application early after onset of ischemia. Based on its strong antiedematous, antiinflammatory and antithrombotic properties C1-INH constitutes a multifaceted therapeutic compound that protects from ischemic neurodegeneration in ‘clinically meaningful’ settings.
The second part of the thesis addresses the still elusive functional role of macrophages in the early phase of stroke, especially the role of the macrophage-specific adhesion molecule sialoadhesin (Sn). For the first time, sialoadhesin null  (Sn-/-) mice, homozygous deficient for Sn on macrophages were subjected to tMCAO to assess the clinical outcome. Neurological and motor function was significantly improved in Sn-/- mice on day 1 after ischemic stroke compared with wildtype (Sn+/+) animals. These clinical improvements were clearly detectable even on day 3 following tMCAO. Infarctions on day 1 were roughly the same size as in Sn+/+ mice and did not grow until day 3. No intracerebral bleeding could be detected at any time point of data acquisition. Twenty four hours after ischemia a strong induction of Sn was detectable in Sn+/+ mice, which was previously observed only on perivascular macrophages in the normal brain. Deletion of Sn on macrophages resulted in less disturbance of the BBB and a reduced number of CD11b+ (specific marker for macrophages/microglia) cells, which, however, was not associated with altered expression levels of inflammatory cytokines. To further analyze the function of macrophages following stroke this thesis took advantage of LysM-Cre+/-/IKK2-/- mice bearing a nuclear factor (NF)-ϰB activation defect in the myeloid lineage, including macrophages. Consequently, macrophages were not able to synthesize inflammatory cytokines under the control of NF-ϰB. Surprisingly, infarct sizes and neurological deficits upon tMCAO were roughly the same in conditional knockout mice and respective wildtype littermates. These findings provide evidence that macrophages do not contribute to tissue damage and neurological deficits, at least, not by release of inflammatory cytokines in the early phase of cerebral ischemia. In contrast, Sn which is initially expressed on perivascular macrophages and upregulated on macrophages/microglia within the parenchyma following stroke, influenced functional outcome.
N2  - Der ischämische Schlaganfall wird traditionell als unmittelbare und „einfache“ Folge der Unterbrechung des Blutflusses zum Gehirn z.B. durch thromboembolische Gefäßverschlüsse gesehen. Häufig führt die alleinige Wiederherstellung des Blutflusses durch Lysetherapie bzw. mechanische Rekanalisation jedoch nicht zu einer Funktionserholung. Dies rückt sekundäre pathophysiologische Prozesse in den Fokus, die durch die Hypoxie und anschließende Wiederversorgung mit Sauerstoff angestoßen werden und zu einem sogenannten Reperfusionsschaden führen. In den letzten Jahren wurde klar, dass neben der Thrombenbildung Entzündungsprozesse und Hirnschwellung zentrale Bestandteile der Pathophysiologie von ischämischen Schlaganfällen sind, die über ein komplexes Netzwerk von Signalwegen eng miteinander verknüpft sind. An dieser Schnittstelle setzt die vorliegende Dissertation an. Das Kontakt-Kinin-System verbindet das plasmatische Kallikrein-Kinin-System (KKS), welches entzündliche und ödematöse Prozesse anstößt, über den Blutgerinnungsfaktor FXII mit dem intrinsischen Blutgerinnungsweg, der letztlich für die Thrombenbildung verantwortlich ist. 
Der endogene Serinprotease-Inhibitor C1-Inhibitor (C1-INH) besitzt ein breites Wirkungsspektrum und wirkt der Aktivierung des Kontakt-Kinin-Systems auf verschiedenen Ebenen entgegen. Ziel des ersten Teils der vorliegenden Dissertation war es, mittels C1-INH auf multimodale Weise ins Infarktgeschehen einzugreifen und die Wirkmechanismen des humanen C1-INH Berinert® P im Mausmodell nach fokaler zerebraler Ischämie zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass die frühe Behandlung von C57BL/6 Mäusen mit 15.0 Units (U) C1-INH im Modell der transienten Okklusion der Arteria cerebri media (tMCAO) eine drastische Reduzierung der Infarktvolumina um annähernd 60%, sowie deutlich weniger neurologische und funktionelle Defizite zur Folge hatte. Diese Schutzwirkung war auch im fortgeschrittenen Stadium (Tag 7) der Schlaganfallentwicklung zu beobachten, ohne das Risiko einer intrazerebralen Blutung zu erhöhen oder die normale Hämostase zu beeinflussen. Die Applikation von 7.5 U C1-INH hatte dagegen keinen Effekt. Ein wesentlich verbessertes neurologisches Verhalten konnte auch nach verzögerter Injektion von 15.0 U C1-INH erzielt werden. Im Gegensatz dazu bewirkte die Behandlung im Modell der permanenten MCAO (pMCAO) keine Verbesserung. Mechanistisch führte die Gabe von 15.0 U C1-INH zu einer deutlichen Stabilisierung der Bluthirnschranke und weniger Ödembildung. Darüber hinaus war die lokale Entzündungsreaktion nach C1-INH-Applikation abgeschwächt und es bildeten sich weniger Thromben in der zerebralen Mikrozirkulation. Basierend auf seiner vielfältigen antithrombotischen, antientzündlichen und antiödematösen Potenz stellt C1-INH einen vielversprechenden Ansatz zum Schutz vor ischämischer Neurodegeneration nach Schlaganfall unter ‚klinisch relevanten‘ Bedingungen dar. 
Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich mit der bislang ungeklärten funktionellen Rolle von Makrophagen in der Frühphase nach Schlaganfall, speziell der Rolle des Makrophagen-spezifischen Signalmoleküls Sialoadhesin (Sn). Hierzu wurden erstmals Sialoadhesin-defiziente (Sn-/-) Mäuse, deren Makrophagen kein Sn exprimieren, der tMCAO unterzogen und die klinischen Folgen bewertet. Sn-/- Tiere zeigten verglichen mit Wildtypen (Sn+/+) verbesserte neurologische und motorische Funktionen an Tag 1 nach Schlaganfall. Diese Verbesserung war auch an Tag 3 nach Schlaganfall eindeutig nachweisbar. Die Infarkte an Tag 1 waren größenmäßig vergleichbar mit Sn+/+ Mäusen und nahmen bis Tag 3 nicht an Größe zu. Zu keinem Zeitpunkt wurde eine intrazerebrale Blutung beobachtet. 24 Stunden nach Schlaganfall kam es bei Sn+/+ Mäusen zu einer starken Induktion von Sn, welches im normalen Gehirn nur auf perivaskulären Makrophagen exprimiert wurde. Die Deletion von Sn auf Makrophagen wirkte einer Bluthirnschrankenstörung entgegen und hatte eine deutlich geringere Infiltration von CD11b+ (spezifischer Marker für Makrophagen/Mikroglia) Zellen ins ischämische Gewebe zur Folge. Dies war interessanterweise nicht mit einer Veränderung der Zytokinexpression verknüpft. Zur weiteren Untersuchung der Makrophagenrolle nach Schlaganfall wurde die Dissertation auf LysM-Cre+/-/IKK2-/- Mäuse ausgedehnt. Diese wiesen einen Makrophagen-spezifischen Defekt in der Aktivierung des Transkriptionsfaktors Nuklearfaktor (NF)-ϰB auf, und konnten folglich inflammatorische Zytokine unter der Transkriptionskontrolle von NF-ϰB nicht synthetisieren. Die Infarktgrößen und neurologischen Defizite der transgenen Tiere waren überraschenderweise vergleichbar mit wildtypischen Wurfgeschwistern. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Makrophagen zumindest nicht durch die Synthese von inflammatorischen Zytokinen zum Gewebeschaden und zu neurologischen Defiziten in der Frühphase nach Schlaganfall beitragen, während Sn, das initial nur auf perivaskulären Makrophagen exprimiert und später im ischämischen Parenchym auf Makrophagen/Mikroglia hochreguliert wird, Einfluss auf das funktionelle Outcome hatte.
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - Thrombose
KW  - Entzündung
KW  - Schlaganfall
KW  - Makrophage
KW  - C1-inibitor
KW  - Sialoadhesin
KW  - Contact-Kinin System
KW  - Ischämischer Schlaganfall
KW  - Bluthirnschranke
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-94534
ER  - 
TY  - THES
A1  - Deppermann, Carsten
T1  - The role of platelet granules in thrombosis, hemostasis, stroke and inflammation
T1  - Zur Rolle der Thrombozytengranula in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und Entzündung
N2  - Platelets are small anucleate cell fragments derived from bone marrow megakaryocytes (MKs) and are important players in hemostasis and thrombosis. Platelet granules store factors which are released upon activation. There are three major types of platelet granules: alpha-granules, dense granules and lysosomes. While dense granules contain non-proteinacious factors which support platelet aggregation and adhesion, platelet alpha-granules contain more than 300 different proteins involved in various functions such as inflammation, wound healing and the maintenanceof vascular integrity, however, their functional significance in vivo remains unknown. This thesis summarizes analyses using three mouse models generated to investigate the role of platelet granules in thrombosis, hemostasis, stroke and inflammation. 

Unc13d-/- mice displayed defective platelet dense granule secretion, which resulted in abrogated thrombosis and hemostasis. Remarkably, Munc13-4-deficient mice were profoundly protected from infarct progression following transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) and this was not associated with increased intracranial bleeding indicating an essential involvementof dense granule secretion in infarct progression but not intracranial hemostasis during acute stroke with obvious therapeutic implications.

In the second part of this thesis, the role of platelet alpha-granules was investigated using the Nbeal2-/- mouse. Mutations in NBEAL2 have been linked to the gray platelet syndrome (GPS), a rare inherited bleeding disorder. Nbeal2-/- mice displayed the characteristics of human GPS, with defective alpha-granule biogenesis in MKs and their absence from platelets. Nbeal2-deficiency did not affect MK differentiation and proplatelet formation in vitro or platelet life span in vivo. Nbeal2-/- platelets displayed impaired adhesion, aggregation, and coagulant activity ex vivo that translated into defective arterial thrombus formation and protection from thrombo-inflammatory brain infarction in vivo. In a model of skin wound repair, Nbeal2-/- mice exhibited impaired development of functional granulation tissue due to severely reduced differentiation of myofibroblasts. 

In the third part, the effects of combined deficiency of alpha- and dense granule secretion were analyzed using Unc13d-/-/Nbeal2-/- mice. Platelets of these mice showed impaired aggregation and adhesion to collagen under flow ex vivo, which translated into infinite tail bleeding times and severely defective arterial thrombus formation in vivo. When subjected to in vivo models of skin or lung inflammation, the double mutant mice showed no signs of hemorrhage. In contrast, lack of platelet granule release resulted in impaired vascular integrity in the ischemic brain following tMCAO leading to increased mortality. This indicates that while defective dense granule secretion or the paucity of alpha-granules alone have no effect on vascular integrity after stroke, the combination of both impairs vascular integrity and causes an increase in mortality.
N2  - Thrombozyten sind kleine, kernlose Zellfragmente, die von Megakaryozyten (MKs) im Knochenmark gebildet werden und eine zentrale Rolle in Thrombose und Hämostase spielen. Thrombozytengranula speichern Faktoren, die nach Thrombozytenaktivierung freigesetzt werden. Die drei wichtigsten Thrombozytengranula sind alpha- und dichte Granula, sowie Lysosomen. Während dichte Granula vor allem anorganische Faktoren enthalten, welche die Thrombozytenaktivierung und -aggregation fördern, speichern alpha-Granula mehr als 300 verschiedene Proteine mit einer Vielzahl an Funktionen. Sie sind beispielsweise an Entzündungsprozessen, Wundheilung und der Aufrechterhaltung vaskulärer Integrität beteiligt. Die funktionelle Signifikanz
dieser Faktoren, insbesondere in vivo, blieb bisher allerdings ungeklärt. Diese Doktorarbeit beschreibt die Analyse der Rolle von Thrombozytengranula in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und Entzündung unter Verwendung von drei Knockout-Mauslinien. 

Unc13d-/- Mäuse dienten als Modell, um die Rolle der dichten Granulasekretion in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und der Aufrechterhaltung der vaskulären Integrität nach Thromboinflammation zu untersuchen. Die fehlende Freisetzung des Inhalts dichter Granula aus Thrombozyten dieser Mäuse führte zu defekter Thrombose und Hämostase. Unc13d-/- Mäuse zeigten deutlich kleinere Infarkte im tMCAO (transient middle cerebral artery occlusion)-Modell des ischämischen Schlaganfalls. Gleichzeitig wurde jedoch keine erhöhte Blutungsneigung im Gehirn nach Schlaganfall festgestellt. Dies deutet auf eine Schlüsselrolle der Sekretion dichter Granula in der Infarktentwicklung hin, die jedoch nicht die intrakranielle H¨amostase w¨ahrend
des akuten Schlaganfalls beeinflusst. 

Der zweite Teil dieser Doktorarbeit behandelt die Rolle von alpha-Granula unter Verwendung der Nbeal2-/- Maus. Vor Kurzem wurde gezeigt, dass Mutationen im NBEAL2-Gen das Gray Platelet Syndrome (GPS) hervorrufen. Das GPS ist eine seltene erbliche Blutungskrankheit mit Makrothrombozytopenie,
defekter alpha-Granulabiogenese in MKs und dem Fehlen thrombozytärer alpha-Granula. Nbeal2-Defizienz führte zu unveränderter MK-Differenzierung, Proplättchenbildung in vitro und Thrombozytenlebensdauer in vivo. Nbeal2-defiziente Thrombozyten zeigten jedoch verringerte Adhäsion, Aggregation und Koagulation ex vivo, welche zu einer gestörten arteriellen Thrombusbildung und Schutz vor thromboinflammatorischem Schlaganfall nach zerebraler
Ischämie führte. In einem Wundheilungsmodell der Haut zeigte sich bei Nbeal2-defizienten Mäusen eine verringerte Bildung von Granulationsgewebe während des Heilungsvorgangs. Die Ursache hierfür lag in der reduzierten Myofibroblastendifferenzierung aufgrund fehlender alpha-Granulaausschüttung. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass alpha-Granulabestandteile nicht nur für Thrombose und Hämostase, sondern auch für akute thromboinflammatorische Krankheitszust¨ande und Geweberegeneration nach Verletzung essentiell sind.

Im dritten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt einer kombinierten Sekretionsdefizienz von alpha- und dichten Granula mithilfe von Unc13d-/-/Nbeal2-/- Mäusen untersucht. Thrombozyten dieser Mäuse zeigten verringerte Aggregation und Adhäsion an Kollagen unter Flussbedingungen ex vivo, sowie massiv verlängerte Blutungszeiten und defekte Thrombusbildung in vivo. Die defekte Granulafreisetzung in Unc13d-/-/Nbeal2-/- Mäusen führte zum Zusammenbruch der vaskulären Integrität im tMCAO-Modell des ischämischen Schlaganfalls und zu einer erhöhten Mortalitätsrate. Im Gegensatz dazu zeigten die doppeldefizienten Mäuse in in vivo Modellen der Haut- oder Lungenentzündung keine Einblutungen. Dies deutet darauf hin, dass die fehlende Sekretion dichter Granula oder die Abwesenheit von alpha-Granula für sich genommen keinen Einfluss auf die Aufrechterhaltung der vaskulären Integrität nach Schlaganfall hat. Die Kombination beider Defekte führt jedoch zum Zusammenbruch der zerebrovaskulären Integrität und erhöhter Mortalität nach Schlaganfall.
KW  - Thrombozyten
KW  - Schlaganfall
KW  - Entzündung
KW  - Platelet granules
KW  - Thrombosis
KW  - Hemostasis
KW  - Stroke
KW  - Inflammation
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121010
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rücker, Viktoria
T1  - Time trends and determinants of stroke mortality in Germany
T1  - Zeitliche Trends und Einflussfaktoren auf die Schlaganfall-Sterblichkeit in Deutschland
N2  - In several countries, a decline in mortality, case-fatality and recurrence rates of stroke was observed. However, studies investigating sex-specific and subtype-specific (pathological and etiological) time trends in stroke mortality, case-fatality and recurrence rates are scarce, especially in Germany. The decline in ischemic stroke mortality and case-fatality might be associated with the high quality of acute care of ischemic stroke, but the exact determinants of early outcome remains unknown for Germany.

Therefore, as first step of this thesis, we investigated the time trends of subtype- and sex-specific age- standardized stroke mortality rates in Germany from 1998 to 2015, by applying joinpoint regression on official causes of death statistics, provided by the Federal Statistical Office. Furthermore, a regional comparison of the time trends in stroke mortality between East and West was conducted. In the second step, time trends in case-fatality and stroke recurrence rates were analyzed using data from a population- based stroke register in Germany between 1996 and 2015. The analysis was stratified by sex and etiological subtype of ischemic stroke. In the third step, quality of stroke care and the association between adherence to measures of quality of acute ischemic stroke care and in-hospital mortality was estimated based on data from nine regional hospital-based stroke registers in Germany from the years 2015 and 2016.

We showed that in Germany, age-standardized stroke mortality declined by over 50% from 1998 to 2015 both, in women and men. Stratified by the pathological subtypes of stroke, the decrease in mortality was larger in ischemic stroke compared to hemorrhagic stroke. Different patterns in the time trends of stroke were observed for stroke subtypes, regions in Germany (former Eastern part of Germany (EG), former Western part of Germany (WG)) and sex, but in all strata a decline was found. By applying joinpoint regression, the number of changes in time trend differed between the regions and up to three changes in the trend in ischemic stroke mortality were detected. Trends in hemorrhagic stroke were in parallel between the regions with up to one change (in women) in joinpoint regression. Comparing the regions, stroke mortality was higher in EG compared to WG throughout the whole observed time period, however the differences between the regions started to diminish from 2007 onwards.
 
Further it was found that, based on the population-based Erlangen Stroke Project (ESPro), case-fatality and recurrence rates in ischemic stroke patients are still high in Germany. 46% died and 20% got a recurrent stroke within the first five years after stroke. Case-fatality rates declined statistically significant from 1996 to 2015 across all ischemic stroke patients and all etiological subtypes of ischemic stroke. Based on Cox regression no statistically significant decrease in stroke recurrence was observed.

Based on the pooled data of nine regional hospital-based stroke registers from the years 2015 and 2016 covering about 80% of all hospitalized stroke patients in Germany, a high quality of care of acute ischemic stroke patients, measured via 11 evidence-based quality indicators (QI) of process of care, was observed. Across all registers, most QI reached the predefined target values for good quality of stroke care. 9 out of 11 QI showed a significant association with 7-day in-hospital mortality. An inverse linear association between overall adherence to QI and 7-day in-hospital mortality was observed.

In conclusion, stroke mortality and case-fatality showed a favorable development over time in Germany, which might partly be due to improvements in acute treatment. This is supported by the association between overall adherence to quality of care and in-hospital mortality. However, there might be room for improvements in long-term secondary prevention, as no clear reduction in recurrence rates was observed.
N2  - Ein Rückgang der Mortalität-, Letalität- und Rezidivraten nach einem Schlaganfall konnte in einigen Ländern in den letzten Jahren beobachtet werden. Es gibt, insbesondere für Deutschland, jedoch nur wenige Daten, die diese zeitlichen Trends stratifiziert nach Geschlecht und Schlaganfallsubtyp (pathologischer und ätiologischer Subtyp) ausgewertet haben. Der Rückgang der Mortalität und Letalität nach ischämischem Schlaganfall könnte mit der beobachteten hohen Qualität der Versorgung des akuten ischämischen Schlaganfalls zusammenhängen, jedoch sind für Deutschland die genauen Determinanten der frühen Sterblichkeit nach Schlaganfall noch unbekannt.

Aus diesem Grunde wurden in der vorliegenden Dissertation, im ersten Schritt zeitliche Trends von 1998 bis 2015 der altersstandardisierten und nach Subtyp und Geschlecht stratifizierten Mortalitätsraten untersucht. Dazu wurden die vom Statistischen Bundesamtes bereitgestellten Daten zur Todesursachenstatistik mittels Joinpoint Regression ausgewertet. Zusätzlich wurde ein regionaler Vergleich der zeitlichen Trends in der Schlaganfallmortalität zwischen der östlichen und westlichen Region von Deutschland durchgeführt. Im zweiten Schritt, wurde basierend auf einem deutschem bevölkerungsbasierten Schlaganfallregister mittels Cox Regression die zeitlichen Trends der Letalitätsraten und Rezidivraten des ischämischen Schlaganfalls zwischen 1996 und 2015 geschätzt. Die Analyse wurde stratifiziert nach Geschlecht und ätiologischem Subtyp des ischämischen Schlaganfalls. Im dritten Schritt wurde, basierend auf Daten von neun regionalen krankenhausbasierten Schlaganfallregistern der Jahre 2015 und 2016, die Qualität der Behandlung des akuten ischämischen gemessen und ein möglicher Zusammenhang zwischen dem Grad der Erfüllung von evidenzbasierten Qualitätsindikatoren und der Krankenhaussterblichkeit untersucht.

Wir konnten zeigen, dass von 1998 bis 2015 die altersstandardisierten Schlaganfall Mortalitätsraten über 50%, sowohl bei Männern als auch bei Frauen, abgenommen haben. Stratifiziert nach pathologischem Schlaganfallsubtyp zeigte sich ein stärkerer Rückgang in den Mortalitätsraten nach ischämischem Schlaganfall als in der Mortalitätsrate nach hämorrhagischem Schlaganfall. In allen Strata sind die Mortalitätsraten gesunken, jedoch unterschieden sich die zeitlichen Verläufe zwischen den Strata
 
(Geschlecht, Region). Die mittels Joinpoint Regression geschätzten Anzahlen an Änderungen im zeitlichen Trend der ischämischen Schlaganfall Mortalitätsraten variierten zwischen 0 und maximal 3 Änderungen, zwischen den Regionen und Geschlechtern. Die zeitlichen Trends der Mortalitätsraten nach hämorrhagischem Schlaganfall der beiden Regionen verliefen hingegen parallel zueinander und es zeigte sich nur bei Frauen eine Änderung in der Mortalitätsrate nach der Joinpoint Regression. Die Schlaganfall Mortalitätsraten im östlichen Teil von Deutschland waren über die gesamte Zeit hinweg höher als im westlichen Teil von Deutschland, jedoch glichen sich die Raten ab 2007 immer mehr einander an und es zeigte sich nur noch ein geringer Unterschied in 2015.

Die altersadjustierten Letalitätsraten und Rezidivraten nach ischämischem Schlaganfall waren in Deutschland, basierend auf Daten des bevölkerungsbasierten Erlanger Schlaganfall Registers, relativ hoch. Innerhalb der ersten fünf Jahre nach einem ischämischen Schlaganfall sterben 46% und 20% aller Patienten bekommen einen erneuten Schlaganfall. Von 1996 bis 2015 haben die Letalitätsraten nach Schlaganfall signifikant abgenommen, dies zeigte sich in allen Subtypen des ischämischen Schlaganfalls. Die Rezidivraten zeigten keinen signifikanten Rückgang.

Basierend auf gepoolten Daten aus den Jahren 2015/2016 von neun krankenhausbasierten Schlaganfall Registern in Deutschland, die ca. 80% aller hospitalisierten Schlaganfälle in Deutschland abdecken, ist die, mittels 11 evidenzbasierter Prozessindikatoren gemessene Qualität der Behandlung des ischämischen Schlaganfalls, hoch. In allen Registern lagen die meisten Qualitätsindikatoren über dem vorabdefinierten Referenzwert für eine gute Qualität an Schlaganfallversorgung. Ein Zusammenhang zwischen 7-Tage Krankenhaussterblichkeit und Erfüllung von einzelnen Qualitätsindikatoren, konnte bei 9 von 11 Qualitätsindikatoren gezeigt werden. Zusätzlich zeigte sich ein inverser Zusammenhang zwischen der Gesamteinhaltung von Qualitätsindikatoren und 7-Tage Krankenhaussterblichkeit.

Schlaganfall Mortalitätsrate und Letalitätsraten zeigten eine positive Entwicklung in allen Subtypen des Schlaganfalls über die letzten 20 Jahre. Dies könnte mit Verbesserungen in der Behandlung des akuten ischämischen Schlaganfalls im Krankenhaus zusammenhängen, da ein Zusammenhang zwischen der Erfüllung von Qualitätsindikatoren und der Krankenhaussterblichkeit besteht. Jedoch besteht
 
möglicherweise noch Verbesserungspotenzial in der langfristigen Sekundärprävention, da in den Rezidivraten kein klarer Rückgang erkennbar war.
KW  - Schlaganfall
KW  - Sterblichkeit
KW  - Rezidiv
KW  - Letalität
KW  - Trend
KW  - Qualitätsindikator
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-233116
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pfitzner, Christian
T1  - Visual Human Body Weight Estimation with Focus on Clinical Applications
T1  - Optische Körpergewichtsschätzung für medizinische Anwendungen
N2  - It is the aim of this thesis to present a visual body weight estimation, which is suitable for medical applications. A typical scenario where the estimation of the body weight is essential, is the emergency treatment of stroke patients: In case of an ischemic stroke, the patient has to receive a body weight adapted drug, to solve a blood clot in a vessel. The accuracy of the estimated weight influences the outcome of the therapy directly. However, the treatment has to start as early as possible after the arrival at a trauma room, to provide sufficient treatment. Weighing a patient takes time, and the patient has to be moved. Furthermore, patients are often not able to communicate a value for their body weight due to their stroke symptoms.  Therefore, it is state of the art that physicians guess the body weight. A patient receiving a too low dose has an increased risk that the blood clot does not dissolve and brain tissue is permanently damaged. Today, about one-third gets an insufficient dosage. In contrast to that, an overdose can cause bleedings and further complications. Physicians are aware of this issue, but a reliable alternative is missing.  

The thesis presents state-of-the-art principles and devices for the measurement and estimation of body weight in the context of medical applications. While scales are common and available at a hospital, the process of weighing takes too long and can hardly be integrated into the process of stroke treatment. Sensor systems and algorithms are presented in the section for related work and provide an overview of different approaches.  
The here presented system -- called Libra3D -- consists of a computer installed in a real trauma room, as well as visual sensors integrated into the ceiling. For the estimation of the body weight, the patient is on a stretcher which is placed in the field of view of the sensors.  The three sensors -- two RGB-D and a thermal camera -- are calibrated intrinsically and extrinsically. Also, algorithms for sensor fusion are presented to align the data from all sensors which is the base for a reliable segmentation of the patient. 
 
A combination of state-of-the-art image and point cloud algorithms is used to localize the patient on the stretcher. The challenges in the scenario with the patient on the bed is the dynamic environment, including other people or medical devices in the field of view.  
After the successful segmentation, a set of hand-crafted features is extracted from the patient's point cloud. These features rely on geometric and statistical values and provide a robust input to a subsequent machine learning approach. The final estimation is done with a previously trained artificial neural network. 

The experiment section offers different configurations of the previously extracted feature vector. Additionally, the here presented approach is compared to state-of-the-art methods; the patient's own assessment, the physician's guess, and an anthropometric estimation.  Besides the patient's own estimation, Libra3D outperforms all state-of-the-art estimation methods: 95 percent of all patients are estimated with a relative error of less than 10 percent to ground truth body weight. It takes only a minimal amount of time for the measurement, and the approach can easily be integrated into the treatment of stroke patients, while physicians are not hindered.
Furthermore, the section for experiments demonstrates two additional applications: The extracted features can also be used to estimate the body weight of people standing, or even walking in front of a 3D camera. Also, it is possible to determine or classify the BMI of a subject on a stretcher. A potential application for this approach is the reduction of the radiation dose of patients being exposed to X-rays during a CT examination.  
During the time of this thesis, several data sets were recorded. These data sets contain the ground truth body weight, as well as the data from the sensors. They are available for the collaboration in the field of body weight estimation for medical applications.
N2  - Diese Arbeit zeigt eine optische Körpergewichtsschätzung, welche für medizinische Anwendungen geeignet ist. Ein gängiges Szenario, in dem eine Gewichtsschätzung benötigt wird, ist die Notfallbehandlung von Schlaganfallpatienten: Falls ein ischämischer Schlaganfall vorliegt, erhält der Patient ein auf das Körpergewicht abgestimmtes Medikament, um einen Thrombus in einem Gefäß aufzulösen. Die Genauigkeit der Gewichtsschätzung hat direkten Einfluss auf den Erfolg der Behandlung. Hinzu kommt, dass die Behandlung so schnell wie möglich nach der Ankunft im Krankenhaus erfolgen muss, um eine erfolgreiche Behandlung zu garantieren. Das Wiegen eines Patienten ist zeitaufwändig und der Patient müsste hierfür bewegt werden. Des Weiteren können  viele Patienten aufgrund des Schlaganfalls nicht ihr eigenes Gewicht mitteilen. Daher ist es heutzutage üblich, dass Ärzte das Gewicht schätzen. Erhält ein Patient eine zu geringe Dosis, steigt das Risiko, dass sich der Thrombus nicht auflöst und das Gehirngewebe dauerhaft geschädigt bleibt. Eine Überdosis kann dagegen zu Blutungen und weiteren Komplikationen führen. Ein Drittel der Patienten erhält heutzutage eine unzureichende Dosis. Ärzte sind sich dessen bewusst, aber derzeit gibt es kein alternatives Vorgehen. 

Diese Arbeit präsentiert Elemente und Geräte zur Messung und Schätzung des Körpergewichts, 
die im medizinischen Umfeld verwendet werden. 
Zwar sind Waagen im Krankenhaus üblich, aufgrund des engen Zeitfensters für die Behandlung können sie aber nur schlecht in den Behandlungsablauf von Schlaganfallpatienten integriert werden. Der Abschnitt zum Stand der Technik zeigt verschiedene Sensorsysteme und Algorithmen. Das hier gezeigte System -- genannt Libra3D -- besteht aus einem Computer im Behandlungsraum, sowie den in der Decke integrierten optischen Sensoren. Für die Gewichtsschätzung befindet sich der Patient auf einer Liege im Blickfeld der Sensoren. Die drei Sensoren -- zwei RGB-D- und einer Wärmebildkamera -- sind intrinsisch und extrinsisch kalibriert. 

Des Weiteren werden Algorithmen zur Sensorfusion vorgestellt, welche die Daten für eine erfolgreiche Segmentierung des Patienten zusammenführen. Eine Kombination aus verschiedenen gängigen Bildverarbeitungs- und Punktwolken-Algorithmen lokalisiert den Patienten auf der Liege. Die Herausforderung in diesem Szenario mit dem Patienten auf dem Bett sind ständige Veränderungen, darunter auch andere Personen oder medizinische Geräte im Sichtfeld. Nach der erfolgreichen Segmentierung werden Merkmale von der Punktwolke des Patienten extrahiert. Diese Merkmale beruhen auf geometrischen und statistischen Eigenschaften und bieten robuste Werte für das nachfolgende maschinelle Lernverfahren. Die Schätzung des Gewichts basiert letztlich auf einem zuvor trainierten künstlichen neuronalen Netz. 

Das Kapitel zu den Experimenten zeigt verschiedene Kombinationen von Werten aus dem Merkmalsvektor. Zusätzlich wird der Ansatz mit Methoden aus dem Stand der Technik verglichen: der Schätzung des Patienten, des Arztes, und einer anthropometrischen Schätzung. Bis auf die eigene Schätzung des Patienten übertrifft Libra3D hierbei alle anderen Methoden: 95 Prozent aller Schätzungen weisen einen relativen Fehler von weniger als 10 Prozent zum realen Körpergewicht auf. Dabei benötigt das System wenig Zeit für eine Messung und kann einfach in den Behandlungsablauf von Schlaganfallpatienten integriert werden, ohne Ärzte zu behindern. Des Weiteren zeigt der Abschnitt für Experimente zwei weitere Anwendungen: Die extrahierten Merkmale können dazu verwendet werden das Gewicht von stehenden und auch laufenden Personen zu schätzen, die sich vor einer 3D-Kamera befinden. Darüber hinaus ist es auch möglich den BMI von Patienten auf einer Liege zu bestimmen. Diese kann die Strahlenexposition bei CT-Untersuchungen beispielsweise verringern. Während dieser Dissertation sind einige Datensätze entstanden. Sie enthalten das reale Gewicht, sowie die dazugehörigen Sensordaten. Die Datensätze sind für die Zusammenarbeit im Bereich der Körpergewichtsschätzung für medizinische Anwendungen verfügbar.
T3  - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 18 
KW  - Punktwolke
KW  - Maschinelles Lernen
KW  - Schlaganfall
KW  - Körpergewicht
KW  - Bildverarbeitung
KW  - 3D Point Cloud Processing
KW  - Image Processing
KW  - Stroke
KW  - Human Body Weight
KW  - Kinect
KW  - Machine Learning
KW  - Sensor Fusion
KW  - Segmentation
KW  - Perception
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-174842
SN  - 978-3-945459-27-0 (online)
ER  -