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- Wurzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), Wurzburg, Germany (1)
- Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), University of Würzburg, Würzburg, Germany (1)
Fullerenols, water-soluble C60-fullerene derivatives, have been shown to exert neuroprotective effects in vitro and in vivo, most likely due to their capability to scavenge free radicals. However, little is known about the effects of fullerenols on the blood–brain barrier (BBB), especially on cerebral endothelial cells under inflammatory conditions. Here, we investigated whether the treatment of primary mouse brain microvascular endothelial cells with fullerenols impacts basal and inflammatory blood–brain barrier (BBB) properties in vitro. While fullerenols (1, 10, and 100 µg/mL) did not change transendothelial electrical resistance under basal and inflammatory conditions, 100 µg/mL of fullerenol significantly reduced erk1/2 activation and resulted in an activation of NFκB in an inflammatory milieu. Our findings suggest that fullerenols might counteract oxidative stress via the erk1/2 and NFκB pathways, and thus are able to protect microvascular endothelial cells under inflammatory conditions.
α-Synuclein is a protein implicated in the etiopathogenesis of Parkinson’s disease (PD). AAV1/2-driven overexpression of human mutated A53T-α-synuclein in rat and monkey substantia nigra (SN) induces degeneration of nigral dopaminergic neurons and decreases striatal dopamine and tyrosine hydroxylase (TH). Given certain advantages of the mouse, especially it being amendable to genetic manipulation, translating the AAV1/2-A53T α-synuclein model to mice would be of significant value. AAV1/2-A53T α-synuclein or AAV1/2 empty vector (EV) at a concentration of 5.16 x 10\(^{12}\) gp/ml were unilaterally injected into the right SN of male adult C57BL/6 mice. Post-mortem examinations included immunohistochemistry to analyze nigral α-synuclein, Ser129 phosphorylated α-synuclein and TH expression, striatal dopamine transporter (DAT) levels by autoradiography and dopamine levels by high performance liquid chromatography. At 10 weeks, in AAV1/2-A53T α-synuclein mice there was a 33% reduction in TH+ dopaminergic nigral neurons (P < 0.001), 29% deficit in striatal DAT binding (P < 0.05), 38% and 33% reductions in dopamine (P < 0.001) and DOPAC (P < 0.01) levels and a 60% increase in dopamine turnover (homovanilic acid/dopamine ratio; P < 0.001). Immunofluorescence showed that the AAV1/2-A53T α-synuclein injected mice had widespread nigral and striatal expression of vector-delivered A53T-α-synuclein. Concurrent staining with human PD SN samples using gold standard histological methodology for Lewy pathology detection by proteinase K digestion and application of specific antibody raised against human Lewy body α-synuclein (LB509) and Ser129 phosphorylated α-synuclein (81A) revealed insoluble α-synuclein aggregates in AAV1/2-A53T α-synuclein mice resembling Lewy-like neurites and bodies. In the cylinder test, we observed significant paw use asymmetry in the AAV1/2-A53T α-synuclein group when compared to EV controls at 5 and 9 weeks post injection (P < 0.001; P < 0.05). These data show that unilateral injection of AAV1/2-A53T α-synuclein into the mouse SN leads to persistent motor deficits, neurodegeneration of the nigrostriatal dopaminergic system and development of Lewy-like pathology, thereby reflecting clinical and pathological hallmarks of human PD.
In der vorliegenden Studie wurden 32 Patienten (19 Frauen, 13 Männer, medianes Alter 50 Jahren, Spanne: 26-83 Jahre) mit einem klinisch akralen neuropathischen Schmerzsyndrom unterschiedlicher Genese mittels QST, PREP und Hautbiopsie untersucht. Unser Patientenkollektiv bestand aus drei Subgruppen: sechsen Patienten erfüllten die Kriterien einer SFN, acht Patienten hatten eine Neuropathie der großkalibrigen Nervenfasern mit zusätzlicher Beeinträchtigung der kleinkalibrigen Nervenfasern und weitere acht Patienten hatten ein akrales Schmerzsyndrom mit neuropathischen Charakteristika, ohne vorbekannte Diagnose einer Neuropathie der groß- oder kleinkalibrigen Nervenfasern. Die Patienten wurden mittels klinischer neurologischer Untersuchung, elektrophysiologischer Tests, QST, PREP und Hautbiopsie untersucht. Die Patientendaten wurden jeweils mit Daten großer Kontrollgruppen verglichen, die wir in unserer Klinik unter Angehörigen und Freunden unserer Patienten mit deren Einwilligung rekrutiert hatten.
QST und die Hautbiopsie waren bei Patienten mit SFN und PNP jeweils auffällig, bei akralem Schmerzsyndrom unklarer Ätiologie hingegen unauffällig. Nach elektrischer kutaner Stimulation aller drei Körperregionen zeigte sich eine Amplitudenminderung der PREP-Reizantwort in allen Patientensubgruppen (7,5 µV in der SFN-Gruppe, 3,8 µV in der PNP-Gruppe, und 11,3 µV bei den Patienten mit akralem Schmerzsyndrom). Somit konnten wir zeigen, dass eine Kleinfaserpathologie in der Studienpopulation von Patienten mit neuropathischem Schmerzsyndrom besteht. Nur die Amplitudenminderung der PREP bildet diese Pathologie ab.
Diese Daten erlauben uns die eingangs aufgestellte Hypothese, dass PREP zur Diagnostik bei Frage nach Kleinfaserbeteiligung geeignet ist, positiv zu belegen. PREP ist eine nicht-invasive Methode für die Evaluation der Funktion v.a. der Aδ-Faser mit standardisiertem Ablaufprotokoll zur Erhebung von reproduzierbaren Daten. Sie kann bei Patienten mit der Anamnese eines akralen neuropathischen Schmerzsyndroms einen objektiven Hinweis auf eine Dysfunktion der kleinkalibrigen Nervenfasern, auch wenn bereits etablierte Methoden (QST und Hautbiopsie) unauffällig bleiben, erbringen. Entsprechend können die PREP eine wertvolle Ergänzung der klinischen Untersuchungsbatterie für die Evaluation der Funktion der kleinkalibrigen Nervenfasern sein.
Background:
Standard echocardiography (SE) is an essential part of the routine diagnostic work-up after ischemic stroke (IS) and also serves for research purposes. However, access to SE is often limited. We aimed to assess feasibility and accuracy of point-of-care (POC) echocardiography in a stroke unit (SU) setting.
Methods:
IS patients were recruited on the SU of the University Hospital Würzburg, Germany. Two SU team members were trained in POC echocardiography for a three-month period to assess a set of predefined cardiac parameters including left ventricular ejection fraction (LVEF). Diagnostic agreement was assessed by comparing POC with SE executed by an expert sonographer, and intraclass correlation coefficient (ICC) or kappa (κ) with 95% confidence intervals (95% CI) were calculated.
Results:
In the 78 patients receiving both POC and SE agreement for cardiac parameters was good, with ICC varying from 0.82 (95% CI 0.71–0.89) to 0.93 (95% CI 0.87–0.96), and κ from 0.39 (−95% CI 0.14–0.92) to 0.79 (95% CI 0.67–0.91). Detection of systolic dysfunction with POC echocardiography compared to SE was very good, with an area under the curve of 0.99 (0.96–1.00). Interrater agreement for LVEF measured by POC echocardiography was good with κ 0.63 (95% CI 0.40–0.85).
Conclusions:
POC echocardiography in a SU setting is feasible enabling reliable quantification of LVEF and preliminary assessment of selected cardiac parameters that might be used for research purposes. Its potential clinical utility in triaging stroke patients who should undergo or do not necessarily require SE needs to be investigated in larger prospective diagnostic studies.
Background
Lymphocytes have been shown to play an important role in the pathophysiology of acute ischemic stroke, but the properties of B cells remain controversial. The aim of this study was to unravel the role of B cells during acute cerebral ischemia using pharmacologic B cell depletion, B cell transgenic mice, and adoptive B cell transfer experiments.
Methods
Transient middle cerebral artery occlusion (60 min) was induced in wild-type mice treated with an anti-CD20 antibody 24 h before stroke onset, JHD\(^{−/−}\) mice and Rag1\(^{−/−}\) mice 24 h after adoptive B cell transfer. Stroke outcome was assessed at days 1 and 3. Infarct volumes were calculated from 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC)-stained brain sections, and neurological scores were evaluated. The local inflammatory response was determined by real-time PCR and immunohistochemistry. Apoptosis was analyzed by TUNEL staining, and astrocyte activation was revealed using immunohistochemistry and Western blot.
Results
Pharmacologic depletion of B cells did not influence infarct volumes and functional outcome at day 1 after stroke. Additionally, lack of circulating B cells in JHD\(^{−/−}\) mice also failed to influence stroke outcome at days 1 and 3. Furthermore, reconstitution of Rag1\(^{−/−}\) mice with B cells had no influence on infarct volumes.
Conclusion
Targeting B cells in experimental stroke did not influence lesion volume and functional outcome during the acute phase. Our findings argue against a major pathophysiologic role of B cells during acute ischemic stroke.
Differential effects of FTY720 on the B cell compartment in a mouse model of multiple sclerosis.
(2017)
Background:
MP4-induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a mouse model of multiple sclerosis (MS), which enables targeted research on B cells, currently much discussed protagonists in MS pathogenesis. Here, we used this model to study the impact of the S1P1 receptor modulator FTY720 (fingolimod) on the autoreactive B cell and antibody response both in the periphery and the central nervous system (CNS).
Methods:
MP4-immunized mice were treated orally with FTY720 for 30 days at the peak of disease or 50 days after EAE onset. The subsequent disease course was monitored and the MP4-specific B cell/antibody response was measured by ELISPOT and ELISA. RNA sequencing was performed to determine any effects on B cell-relevant gene expression. S1P\(_{1}\) receptor expression by peripheral T and B cells, B cell subset distribution in the spleen and B cell infiltration into the CNS were studied by flow cytometry. The formation of B cell aggregates and of tertiary lymphoid organs (TLOs) was evaluated by histology and immunohistochemistry. Potential direct effects of FTY720 on B cell aggregation were studied in vitro.
Results:
FTY720 significantly attenuated clinical EAE when treatment was initiated at the peak of EAE. While there was a significant reduction in the number of T cells in the blood after FTY720 treatment, B cells were only slightly diminished. Yet, there was evidence for the modulation of B cell receptor-mediated signaling upon FTY720 treatment. In addition, we detected a significant increase in the percentage of B220\(^{+}\) B cells in the spleen both in acute and chronic EAE. Whereas acute treatment completely abrogated B cell aggregate formation in the CNS, the numbers of infiltrating B cells and plasma cells were comparable between vehicle- and FTY720-treated mice. In addition, there was no effect on already developed aggregates in chronic EAE. In vitro B cell aggregation assays suggested the absence of a direct effect of FTY720 on B cell aggregation. However, FTY720 impacted the evolution of B cell aggregates into TLOs.
Conclusions:
The data suggest differential effects of FTY720 on the B cell compartment in MP4-induced EAE.
Background:
Ischemic stroke causes a strong inflammatory response that includes T cells, monocytes/macrophages, and neutrophils. Interaction of these immune cells with platelets and endothelial cells facilitates microvascular dysfunction and leads to secondary infarct growth. We recently showed that blocking of platelet glycoprotein (GP) receptor Ib improves stroke outcome without increasing the risk of intracerebral hemorrhage. Until now, it has been unclear whether GPIb only mediates thrombus formation or also contributes to the pathophysiology of local inflammation.
Methods:
Focal cerebral ischemia was induced in C57BL/6 mice by a 60-min transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO). Animals were treated with antigen-binding fragments (Fab) against the platelet surface molecules GPIb (p0p/B Fab). Rat immunoglobulin G (IgG) Fab was used as control treatment. Stroke outcome, including infarct size and functional deficits as well as the local inflammatory response, was assessed on day 1 after tMCAO.
Results:
Blocking of GPIb reduced stroke size and improved functional outcome on day 1 after tMCAO without increasing the risk of intracerebral hemorrhage. As expected, disruption of GPIb-mediated pathways in platelets significantly reduced thrombus burden in the cerebral microvasculature. In addition, inhibition of GPIb limited the local inflammatory response in the ischemic brain as indicated by lower numbers of infiltrating T cells and macrophages and lower expression levels of inflammatory cytokines compared with rat IgG Fab-treated controls.
Conclusion:
In acute ischemic stroke, thrombus formation and inflammation are closely intertwined (“thrombo-inflammation”). Blocking of platelet GPIb can ameliorate thrombo-inflammation.
Background:
Clinical reasoning in Neurology is based on general associations which help to deduce the site of the lesion. However, even “golden principles” may occasionally be deceptive. Here, we describe the case of subacute flaccid tetraparesis due to motor cortical lesions. To our knowledge, this is the first report to include an impressive illustration of nearly symmetric motor cortical involvement of encephalitis on brain MRI.
Case presentation:
A 51 year old immunocompromized man developed a high-grade pure motor flaccid tetraparesis over few days. Based on clinical presentation, critical illness polyneuromyopathy was suspected. However, brain MRI revealed symmetrical hyperintensities strictly limited to the subcortical precentral gyrus. An encephalitis, possibly due to CMV infection, turned out to be the most likely cause.
Conclusion:
While recognition of basic clinical patterns is indispensable in neurological reasoning, awareness of central conditions mimicking peripheral nervous disease may be crucial to detect unsuspected, potentially treatable conditions.
Background:
Traumatic brain injury (TBI) is a devastating neurological condition and a frequent cause of permanent disability. Posttraumatic inflammation and brain edema formation, two pathological key events contributing to secondary brain injury, are mediated by the contact-kinin system. Activation of this pathway in the plasma is triggered by activated factor XII. Hence, we set out to study in detail the influence of activated factor XII on the abovementioned pathophysiological features of TBI.
Methods:
Using a cortical cryogenic lesion model in mice, we investigated the impact of genetic deficiency of factor XII and inhibition of activated factor XII with a single bolus injection of recombinant human albumin-fused Infestin-4 on the release of bradykinin, the brain lesion size, and contact-kinin system-dependent pathological events. We determined protein levels of bradykinin, intracellular adhesion molecule-1, CC-chemokine ligand 2, and interleukin-1β by enzyme-linked immunosorbent assays and mRNA levels of genes related to inflammation by quantitative real-time PCR. Brain lesion size was determined by tetrazolium chloride staining. Furthermore, protein levels of the tight junction protein occludin, integrity of the blood-brain barrier, and brain water content were assessed by Western blot analysis, extravasated Evans Blue dye, and the wet weight-dry weight method, respectively. Infiltration of neutrophils and microglia/activated macrophages into the injured brain lesions was quantified by immunohistological stainings.
Results:
We show that both genetic deficiency of factor XII and inhibition of activated factor XII in mice diminish brain injury-induced bradykinin release by the contact-kinin system and minimize brain lesion size, blood-brain barrier leakage, brain edema formation, and inflammation in our brain injury model.
Conclusions:
Stimulation of bradykinin release by activated factor XII probably plays a prominent role in expanding secondary brain damage by promoting brain edema formation and inflammation. Pharmacological blocking of activated factor XII could be a useful therapeutic principle in the treatment of TBI-associated pathologic processes by alleviating posttraumatic inflammation and brain edema formation.
Die autosomal-dominant vererbte facioscapulohumerale Muskeldystrophie (FSHD) ist mit einer Prävalenz von etwa 1:20.000 die dritthäufigste Form der hereditären Myopathien. Erste Beschwerden werden meist in der zweiten Lebensdekade beobachtet. Betroffen sind vor allem die Muskulatur von Gesicht, Schultern, Oberarmen, die Fußhebermuskulatur und die Muskeln des Hüftgürtels.
FSHD wird durch einen Gendefekt ausgelöst, der den langen Arm des Chromosoms vier (4q35) betrifft, wobei es zur teilweisen Deletion des polymorphen Abschnitts D4Z4, der für das Protein DUX4 codiert, kommt. Dabei treten unter anderem Störungen in der DUX4-Expression, Veränderungen der myogenen Genexpression, eine Unterdrückung der Muskelzelldifferenzierung und eine Inhibition der Muskelbildung auf.
FSHD und eine andere Form der Muskeldystrophie, die Emery-Dreifuss-Muskeldystrophie (EDMD), zeigen trotz unterschiedlicher genetischer Ursachen phänotypisch Ähnlichkeiten in der Ausprägung der Erkrankungen. In früheren Studien zeigte die Kernhülle von EDMD-Myoblasten morphologische Auffälligkeiten. In anderen Untersuchungen waren morphologische Veränderungen der Mitochondrien von FSHD-Patienten festzustellen.
Daher wurden elektronenmikroskopische Untersuchungen der Kernhülle und der Mitochondrien von FSHD-Myoblasten durchgeführt und mit der entsprechenden Kontrolle verglichen.
Hierfür wurden drei verschiedene Zelllinien-Paare in unterschiedlichen Passagen, das heißt unterschiedlicher Anzahl an Subkultivierungen, eingesetzt, wobei in den höheren Passagen vermehrt morphologische Atypien beobachtet werden konnten.
Die eingesetzten Zelllinien differenzieren sich durch verschiedene Parameter wie beispielsweise Alter und Geschlecht der Patienten. Dabei zeigten sich sowohl zwischen den Kontrollzellen als auch zwischen den FSHD-Myoblasten Unterschiede.
Im Rahmen der Probenvorbereitung für die Elektronenmikroskopie kamen zwei verschiedene Fixierungsmethoden zum Einsatz: die konventionelle chemische Fixierung, Entwässerung und Flacheinbettung von Kulturzellen und die Hochdruckgefrierung mit anschließender Gefriersubstitution. In Bezug auf die Qualität des Strukturerhalts, die beim Hochdruckgefrieren erreicht wird, wird dieser Art der Fixierung eine Überlegenheit gegenüber allen anderen Verfahren zugeschrieben. Diese allgemeine Aussage kann nicht vollständig auf die Untersuchungen an den Myoblasten übertragen werden.
Für die Untersuchung der Kernmembranen sind beide Methoden geeignet, wobei der Abstand zwischen innerer und äußerer Kernmembran nach der HPF-Fixierung schärfer abgebildet wurde. Bei der Darstellung der Mitochondrien zeigten die elektronenmikroskopischen Aufnahmen nach dem Hochdruckgefrieren bessere und schärfere Ergebnisse. Die Kernporen waren bei beiden Fixierungsmethoden gut erkennbar.
Beim Vergleich der gesunden und erkrankten Myoblasten wiesen die Kontrollzellen deutlich weniger Auffälligkeiten auf als die Myoblasten von FSHD-Patienten.
Innere und äußere Kernmembran verliefen bei den Kontrollzellen meist parallel und die Mitochondrien zeigten in den meisten Fällen eine typische wurmartige, längliche Form mit Cristae. Dies traf sowohl für die konventionelle Fixierung als auch für das Hochdruckgefrieren zu.
Die erkrankten Myoblasten wiesen im Vergleich zur Kontrolle bei beiden Fixierungsmethoden deutliche Auffälligkeiten in der Mitochondrien-Morphologie auf. Neben einer oft großen Variationsbreite hinsichtlich Form und Länge war auch das teilweise Fehlen der Cristae festzustellen.
Bei Betrachtung der Kernhülle fielen jedoch deutliche Unterschiede zwischen konventioneller und HPF-Fixierung auf. Die äußere Kernmembran der konventionell fixierten FSHD-Myoblasten verlief unregelmäßig und gewellt. Im Gegensatz dazu wies die Kernhülle der HPF-fixierten erkrankten Myoblasten einen erstaunlich parallelen Verlauf auf.
Da bei EDMD in vorangegangenen Untersuchungen auch fluoreszenzmikroskopisch Veränderungen der erkrankten Zellen auffällig waren, wurde neben den Methoden der Elektronenmikroskopie das Vorliegen und die Verteilung verschiedener Proteine in FSHD-Myoblasten mittels indirekter Immunfluoreszenz untersucht und mit den Kontrollzellen verglichen.
Zur Beurteilung der Kernhülle wurden Antikörper gegen Lamin A/C und Nukleoporine eingesetzt. Die Mitochondrien wurden mithilfe des Antikörpers ANT1/2, der an den Adenin-Nukleotid-Translokator der inneren Mitochondrienmembran bindet, untersucht.
Im Gegensatz zu den Untersuchungen an EDMD-Myoblasten waren die Lamine A und C sowie die Kernporen sowohl bei den Myoblasten der FSHD-Patienten als auch bei den Kontrollzellen nachweisbar und gleichmäßig verteilt.
Bei der indirekten Immunfluoreszenz mit ANT1/2 zeigten sich Unterschiede zwischen den untersuchten Myoblasten-Paaren.
Durch die vorliegenden Ergebnisse ist darauf zu schließen, dass die Myoblasten von FSHD-Patienten Veränderungen Mitochondrien aufweisen. Die Untersuchungen der Kernhülle liefern abhängig von der Fixierungsmethode unterschiedliche Ergebnisse.