TY - THES A1 - Andelovic, Kristina T1 - Characterization of arterial hemodynamics using mouse models of atherosclerosis and tissue-engineered artery models T1 - Charakterisierung arterieller Hämodynamiken in atherosklerotischen Mausmodellen und tissue-engineerten Arterienmodellen N2 - Within this thesis, three main approaches for the assessment and investigation of altered hemodynamics like wall shear stress, oscillatory shear index and the arterial pulse wave velocity in atherosclerosis development and progression were conducted: 1. The establishment of a fast method for the simultaneous assessment of 3D WSS and PWV in the complete murine aortic arch via high-resolution 4D-flow MRI 2. The utilization of serial in vivo measurements in atherosclerotic mouse models using high-resolution 4D-flow MRI, which were divided into studies describing altered hemodynamics in late and early atherosclerosis 3. The development of tissue-engineered artery models for the controllable application and variation of hemodynamic and biologic parameters, divided in native artery models and biofabricated artery models, aiming for the investigation of the relationship between atherogenesis and hemodynamics Chapter 2 describes the establishment of a method for the simultaneous measurement of 3D WSS and PWV in the murine aortic arch at, using ultra high-field MRI at 17.6T [16], based on the previously published method for fast, self-navigated wall shear stress measurements in the murine aortic arch using radial 4D-phase contrast MRI at 17.6 T [4]. This work is based on the collective work of Dr. Patrick Winter, who developed the method and the author of this thesis, Kristina Andelovic, who performed the experiments and statistical analyses. As the method described in this chapter is basis for the following in vivo studies and undividable into the sub-parts of the contributors without losing important information, this chapter was not split into the single parts to provide fundamental information about the measurement and analysis methods and therefore better understandability for the following studies. The main challenge in this chapter was to overcome the issue of the need for a high spatial resolution to determine the velocity gradients at the vascular wall for the WSS quantification and a high temporal resolution for the assessment of the PWV without prolonging the acquisition time due to the need for two separate measurements. Moreover, for a full coverage of the hemodynamics in the murine aortic arch, a 3D measurement is needed, which was achieved by utilization of retrospective navigation and radial trajectories, enabling a highly flexible reconstruction framework to either reconstruct images at lower spatial resolution and higher frame rates for the acquisition of the PWV or higher spatial resolution and lower frame rates for the acquisition of the 3D WSS in a reasonable measurement time of only 35 minutes. This enabled the in vivo assessment of all relevant hemodynamic parameters related to atherosclerosis development and progression in one experimental session. This method was validated in healthy wild type and atherosclerotic Apoe-/- mice, indicating no differences in robustness between pathological and healthy mice. The heterogeneous distribution of plaque development and arterial stiffening in atherosclerosis [10, 12], however, points out the importance of local PWV measurements. Therefore, future studies should focus on the 3D acquisition of the local PWV in the murine aortic arch based on the presented method, in order to enable spatially resolved correlations of local arterial stiffness with other hemodynamic parameters and plaque composition. In Chapter 3, the previously established methods were used for the investigation of changing aortic hemodynamics during ageing and atherosclerosis in healthy wild type and atherosclerotic Apoe-/- mice using the previously established methods [4, 16] based on high-resolution 4D-flow MRI. In this work, serial measurements of healthy and atherosclerotic mice were conducted to track all changes in hemodynamics in the complete aortic arch over time. Moreover, spatially resolved 2D projection maps of WSS and OSI of the complete aortic arch were generated. This important feature allowed for the pixel-wise statistical analysis of inter- and intragroup hemodynamic changes over time and most importantly – at a glance. The study revealed converse differences of local hemodynamic profiles in healthy WT and atherosclerotic Apoe−/− mice, with decreasing longWSS and increasing OSI, while showing constant PWV in healthy mice and increasing longWSS and decreasing OSI, while showing increased PWV in diseased mice. Moreover, spatially resolved correlations between WSS, PWV, plaque and vessel wall characteristics were enabled, giving detailed insights into coherences between hemodynamics and plaque composition. Here, the circWSS was identified as a potential marker of plaque size and composition in advanced atherosclerosis. Moreover, correlations with PWV values identified the maximum radStrain could serve as a potential marker for vascular elasticity. This study demonstrated the feasibility and utility of high-resolution 4D flow MRI to spatially resolve, visualize and analyze statistical differences in all relevant hemodynamic parameters over time and between healthy and diseased mice, which could significantly improve our understanding of plaque progression towards vulnerability. In future studies the relation of vascular elasticity and radial strain should be further investigated and validated with local PWV measurements and CFD. Moreover, the 2D histological datasets were not reflecting the 3D properties and regional characteristics of the atherosclerotic plaques. Therefore, future studies will include 3D plaque volume and composition analysis like morphological measurements with MRI or light-sheet microscopy to further improve the analysis of the relationship between hemodynamics and atherosclerosis. Chapter 4 aimed at the description and investigation of hemodynamics in early stages of atherosclerosis. Moreover, this study included measurements of hemodynamics at baseline levels in healthy WT and atherosclerotic mouse models. Due to the lack of hemodynamic-related studies in Ldlr-/- mice, which are the most used mouse models in atherosclerosis research together with the Apoe-/- mouse model, this model was included in this study to describe changing hemodynamics in the aortic arch at baseline levels and during early atherosclerosis development and progression for the first time. In this study, distinct differences in aortic geometries of these mouse models at baseline levels were described for the first time, which result in significantly different flow- and WSS profiles in the Ldlr-/- mouse model. Further basal characterization of different parameters revealed only characteristic differences in lipid profiles, proving that the geometry is highly influencing the local WSS in these models. Most interestingly, calculation of the atherogenic index of plasma revealed a significantly higher risk in Ldlr-/- mice with ongoing atherosclerosis development, but significantly greater plaque areas in the aortic arch of Apoe-/- mice. Due to the given basal WSS and OSI profile in these two mouse models – two parameters highly influencing plaque development and progression – there is evidence that the regional plaque development differs between these mouse models during very early atherogenesis. Therefore, future studies should focus on the spatiotemporal evaluation of plaque development and composition in the three defined aortic regions using morphological measurements with MRI or 3D histological analyses like LSFM. Moreover, this study offers an excellent basis for future studies incorporating CFD simulations, analyzing the different measured parameter combinations (e.g., aortic geometry of the Ldlr-/- mouse with the lipid profile of the Apoe-/- mouse), simulating the resulting plaque development and composition. This could help to understand the complex interplay between altered hemodynamics, serum lipids and atherosclerosis and significantly improve our basic understanding of key factors initiating atherosclerosis development. Chapter 5 describes the establishment of a tissue-engineered artery model, which is based on native, decellularized porcine carotid artery scaffolds, cultured in a MRI-suitable bioreactor-system [23] for the investigation of hemodynamic-related atherosclerosis development in a controllable manner, using the previously established methods for WSS and PWV assessment [4, 16]. This in vitro artery model aimed for the reduction of animal experiments, while simultaneously offering a simplified, but completely controllable physical and biological environment. For this, a very fast and gentle decellularization protocol was established in a first step, which resulted in porcine carotid artery scaffolds showing complete acellularity while maintaining the extracellular matrix composition, overall ultrastructure and mechanical strength of native arteries. Moreover, a good cellular adhesion and proliferation was achieved, which was evaluated with isolated human blood outgrowth endothelial cells. Most importantly, an MRI-suitable artery chamber was designed for the simultaneous cultivation and assessment of high-resolution 4D hemodynamics in the described artery models. Using high-resolution 4D-flow MRI, the bioreactor system was proven to be suitable to quantify the volume flow, the two components of the WSS and the radStrain as well as the PWV in artery models, with obtained values being comparable to values found in literature for in vivo measurements. Moreover, the identification of first atherosclerotic processes like intimal thickening is achievable by three-dimensional assessment of the vessel wall morphology in the in vitro models. However, one limitation is the lack of a medial smooth muscle cell layer due to the dense ECM. Here, the utilization of the laser-cutting technology for the generation of holes and / or pits on a microscale, eventually enabling seeding of the media with SMCs showed promising results in a first try and should be further investigated in future studies. Therefore, the proposed artery model possesses all relevant components for the extension to an atherosclerosis model which may pave the way towards a significant improvement of our understanding of the key mechanisms in atherogenesis. Chapter 6 describes the development of an easy-to-prepare, low cost and fully customizable artery model based on biomaterials. Here, thermoresponsive sacrificial scaffolds, processed with the technique of MEW were used for the creation of variable, biomimetic shapes to mimic the geometric properties of the aortic arch, consisting of both, bifurcations and curvatures. After embedding the sacrificial scaffold into a gelatin-hydrogel containing SMCs, it was crosslinked with bacterial transglutaminase before dissolution and flushing of the sacrificial scaffold. The hereby generated channel was subsequently seeded with ECs, resulting in an easy-to-prepare, fast and low-cost artery model. In contrast to the native artery model, this model is therefore more variable in size and shape and offers the possibility to include smooth muscle cells from the beginning. Moreover, a custom-built and highly adaptable perfusion chamber was designed specifically for the scaffold structure, which enabled a one-step creation and simultaneously offering the possibility for dynamic cultivation of the artery models, making it an excellent basis for the development of in vitro disease test systems for e.g., flow-related atherosclerosis research. Due to time constraints, the extension to an atherosclerosis model could not be achieved within the scope of this thesis. Therefore, future studies will focus on the development and validation of an in vitro atherosclerosis model based on the proposed bi- and three-layered artery models. In conclusion, this thesis paved the way for a fast acquisition and detailed analyses of changing hemodynamics during atherosclerosis development and progression, including spatially resolved analyses of all relevant hemodynamic parameters over time and in between different groups. Moreover, to reduce animal experiments, while gaining control over various parameters influencing atherosclerosis development, promising artery models were established, which have the potential to serve as a new platform for basic atherosclerosis research. N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Hauptansätze zur Bewertung und Untersuchung der veränderten Hämodynamik wie Wandschubspannung, des oszillatorischen Scherindex und der arteriellen Pulswellengeschwindigkeit bei der Entwicklung und Progression der Atherosklerose durchgeführt: 1. Die Etablierung einer schnellen Methode zur gleichzeitigen Bestimmung der 3D-Wandschubspannung und der Pulswellengeschwindigkeit im gesamten Aortenbogen der Maus mittels hochauflösender 4D-Fluss-MRT 2. Die Verwendung von seriellen in vivo Messungen in atherosklerotischen Mausmodellen mittels hochauflösender 4D-Fluss-MRT, die in Studien zur Beschreibung der veränderten Hämodynamik bei später und früher Atherosklerose aufgeteilt wurden 3. Die Entwicklung von tissue-engineerten Arterienmodellen für die kontrollierte Anwendung und Variation von hämodynamischen und biologischen Parametern, unterteilt in native Arterienmodelle und biofabrizierte Arterienmodelle, mit dem Ziel, die Beziehung zwischen Atherogenese und veränderter Hämodynamik zu untersuchen Kapitel 2 beschreibt die Etablierung einer Methode zur gleichzeitigen Messung von 3D-Wandschubspannung und Pulswellengeschwindigkeit im Aortenbogen der Maus unter Verwendung der Ultrahochfeld-MRT bei 17,6T [16], die auf der zuvor veröffentlichten Methode zur schnellen, selbstnavigierten Messung der Wandschubspannung im Aortenbogen der Maus unter Verwendung der radialen 4D-Phasenkontrast-MRT bei 17,6T [4] basiert. Dieses Projekt basiert auf der gemeinsamen Arbeit von Dr. Patrick Winter, der diese Methode entwickelt hat, und der Autorin dieser Thesis, Kristina Andelovic, die die Experimente und statistischen Analysen durchgeführt hat. Da die in diesem Kapitel beschriebene Methode die Grundlage für die folgenden in vivo Studien darstellt und sich nicht in die einzelnen Beiträge der Autoren aufteilen lässt, ohne dass wichtige Informationen verloren gehen, wurde dieses Kapitel nicht in die einzelnen Teile aufgeteilt, um grundlegende Informationen über die Mess- und Analysemethoden zu liefern und somit eine bessere Verständlichkeit für die folgenden Studien zu gewährleisten. Die größte Herausforderung in diesem Kapitel bestand darin, die Anforderung an eine hohe räumliche Auflösung zur Bestimmung der Geschwindigkeitsgradienten an der Gefäßwand für die WSS-Quantifizierung und an eine hohe zeitliche Auflösung für die Bestimmung der Pulswellengeschwindigkeit zu erfüllen, ohne die Messzeit aufgrund der Notwendigkeit von zwei separaten Messungen zu verlängern. Darüber hinaus ist für eine vollständige Erfassung der Hämodynamik im murinen Aortenbogen eine vollständige 3D-Messung des Aortenbogens erforderlich, die durch die Nutzung der retrospektiven Navigation und radialen Trajektorien erreicht wurde. Dies wurde durch ein hoch flexibles Rekonstruktionssystem ermöglicht, das entweder Bilder mit geringerer räumlicher Auflösung und höheren Bildraten für die Erfassung der Pulswellengeschwindigkeit oder mit höherer räumlicher Auflösung und niedrigeren Bildraten für die Erfassung der 3D-WSS in einer angemessenen Messzeit von nur 35 Minuten rekonstruieren konnte. Die in vivo-Bestimmung aller relevanter hämodynamischen Parameter, die mit der Entwicklung und dem Fortschreiten der Atherosklerose zusammenhängen, wurde somit in einer einzigen experimentellen Sitzung ermöglicht. Die Methode wurde an gesunden Wildtyp- und atherosklerotischen Apoe-/- Mäusen validiert, wobei keine Unterschiede in der Robustheit der Messungen zwischen pathologischen und gesunden Mäusen festgestellt werden konnten. Die heterogene Verteilung der Plaqueentwicklung und Arterienversteifung in der Atherosklerose [10, 12] weist jedoch auf die Wichtigkeit lokaler PWV-Messungen hin. Zukünftige Studien sollten sich daher auf die 3D-Erfassung der lokalen PWV im murinen Aortenbogen auf Grundlage der vorgestellten Methode konzentrieren, um räumlich aufgelöste Korrelationen der lokalen arteriellen Steifigkeit mit anderen hämodynamischen Parametern und der Plaquezusammensetzung zu ermöglichen. In Kapitel 3 wurden die zuvor etablierten Methoden zur Untersuchung der sich verändernden Hämodynamik in der Aorta während des Alterns und der Atherosklerose bei gesunden Wildtyp- und atherosklerotischen Apoe-/- Mäusen verwendet [4, 16], die auf hochauflösender 4D-Fluss MRT basieren. In dieser Arbeit wurden serielle Messungen an gesunden und atherosklerotischen Mäusen durchgeführt, um alle Veränderungen der Hämodynamik im gesamten Aortenbogen über die Zeit zu verfolgen. Zudem wurden in dieser Arbeit räumlich aufgelöste 2D-Projektionskarten der WSS und des OSI des gesamten Aortenbogens generiert. Diese Methode ermöglichte die pixelweise statistische Analyse der Unterschiede und hämodynamischen Veränderungen zwischen und innerhalb von Gruppen im Zeitverlauf und die Visualisierung auf einen Blick. Die Studie ergab sich gegensätzlich entwickelnde lokale hämodynamische Profile bei gesunden WT- und atherosklerotischen Apoe-/- Mäusen, wobei die longWSS über die Zeit abnahm und der OSI zunahm, während die PWV bei gesunden Mäusen konstant blieb. Im Gegensatz nahm die longWSS zu und der OSI bei kranken Mäusen ab, während die PWV über die Zeit zunahm. Darüber hinaus wurden räumlich aufgelöste Korrelationen zwischen WSS, PWV, Plaque und Gefäßwandeigenschaften ermöglicht, die detaillierte Einblicke in die Zusammenhänge zwischen Hämodynamik und Plaquezusammensetzung in der Atherosklerose bieten. Dabei wurde die zirkumferentielle WSS als potenzieller Marker für die Plaquegröße und -zusammensetzung bei fortgeschrittener Atherosklerose identifiziert. Darüber hinaus ergaben Korrelationen mit der PWV, dass der maximale radiale Druck als potenzieller Marker für die vaskuläre Elastizität dienen könnte. Zusammengefasst demonstriert diese Studie die Nützlichkeit der hochauflösenden 4D-Fluss MRT zur räumlichen Auflösung, Visualisierung und Analyse statistischer Unterschiede in allen relevanten hämodynamischen Parametern im Zeitverlauf und zwischen gesunden und erkrankten Mäusen, was unser Verständnis der Plaqueprogression in Richtung Vulnerabilität erheblich verbessern könnte. In zukünftigen Studien sollte jedoch der Zusammenhang zwischen Gefäßelastizität und radialem Druck weiter untersucht und mit lokalen PWV-Messungen und CFD validiert werden. Darüber hinaus spiegelten die histologischen 2D-Datensätze nicht die 3D-Eigenschaften und regionalen Charakteristika der atherosklerotischen Plaques wider. Daher sollten künftige Studien eine Analyse des 3D-Plaquevolumens und der 3D-Plaquenzusammensetzung sowie morphologische Messungen mittels MRT oder der Lichtblattmikroskopie mit einbeziehen, um das fundamentale Verständnis der Beziehung zwischen veränderter Hämodynamik und der Atherosklerose weiter zu verbessern. In Kapitel 4 ging es um die Beschreibung und Untersuchung der Hämodynamik in frühen Stadien der Atherosklerose. Darüber hinaus umfasste diese Studie zum ersten Mal Messungen der basalen Hämodynamik in gesunden WT- und atherosklerotischen Mausmodellen. Aufgrund des Mangels an Studien, die die Hämodynamik in Ldlr-/- Mäusen beschreiben, die zusammen mit dem Apoe-/- Mausmodell die am häufigsten verwendeten Mausmodelle in der Atheroskleroseforschung sind, wurde dieses Modell in diese Studie integriert, um erstmals die sich verändernde Hämodynamik im Aortenbogen zu Beginn und während der Entwicklung und Progression der frühen Atherosklerose zu beschreiben. In dieser Studie wurden erstmals deutliche Unterschiede in den basalen Aortengeometrien dieser Mausmodelle identifiziert, die zu signifikant unterschiedlichen Fluss- und WSS-Profilen im Ldlr-/- Mausmodell führen. Eine weitere basale Charakterisierung verschiedener Parameter ergab nur modell-charakteristische Unterschiede in den Lipidprofilen, was beweist, dass die Geometrie die lokale WSS in diesen Modellen stark beeinflusst. Interessanterweise ergab die Berechnung des atherogenen Plasma-Indexes ein signifikant höheres Risiko bei Ldlr-/- Mäusen mit fortschreitender Atheroskleroseentwicklung, aber signifikant größere Plaqueflächen im Aortenbogen der Apoe-/- Mäuse. Aufgrund des gegebenen basalen WSS- und OSI-Profils in diesen beiden Mausmodellen - zwei Parameter, die die Plaque-Entwicklung und -Progression stark beeinflussen - gibt es Hinweise darauf, dass sich die regionale Plaque-Entwicklung zwischen diesen Mausmodellen während der Atherogenese stark unterscheidet. Daher sollten sich künftige Studien auf die räumlich-zeitliche Bewertung der Plaqueentwicklung und -Zusammensetzung in den drei definierten Aortenregionen konzentrieren, wobei morphologische Messungen mittels MRT oder histologische 3D-Analysen wie LSFM zum Einsatz kommen. Darüber hinaus bietet diese Studie eine hervorragende Grundlage für künftige Studien mit CFD-Simulationen, in denen die verschiedenen gemessenen Parameterkombinationen (z. B. die Aortengeometrie der Ldlr-/-Maus mit dem Lipidprofil der Apoe-/- Maus) analysiert und die daraus resultierende Plaqueentwicklung und -Zusammensetzung simuliert werden. Dies könnte zum Verständnis des komplexen Zusammenspiels zwischen veränderter Hämodynamik, Serumlipiden und Atherosklerose beitragen und unser grundlegendes Verständnis der Schlüsselfaktoren für die Entstehung von Atherosklerose deutlich verbessern. In Kapitel 5 wird die Etablierung eines tissue-engineerten Arterienmodells beschrieben, das auf nativen, von Schweinehalsschlagadern hergestellten, dezellularisierten Gerüststrukturen basiert. Diese wurden zudem in einem MRT-geeigneten Bioreaktorsystem [23] kultiviert, um die hämodynamisch bedingte Atheroskleroseentwicklung auf kontrollierbare Weise zu untersuchen, wobei hierfür die zuvor etablierten Methoden zur WSS- und PWV-Bewertung [4, 16] verwendet wurden. Dieses in vitro Arterienmodell zielte auf die Reduzierung von Tierversuchen ab und bot gleichzeitig eine vereinfachte, aber vollständig kontrollierbare physikalische und biologische Umgebung. Zu diesem Zweck wurde in einem ersten Schritt ein sehr schnelles und schonendes Dezellularisierungsverfahren etabliert, das zu Gerüststrukturen basierend auf Schweinehalsschlagadern führte, die eine vollständige Azellularität aufwiesen, wobei gleichzeitig die Zusammensetzung der extrazellulären Matrix, die allgemeine Ultrastruktur und die mechanischen Eigenschaften der nativen Arterien erhalten blieben. Darüber hinaus wurde eine gute Zelladhäsion und -proliferation erreicht, die mit isolierten menschlichen Endothelzellen aus humanem Vollblut untersucht wurde. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal eine MRT-geeignete Arterienkammer für die gleichzeitige Kultivierung der generierten Modelle und der Untersuchung der hochauflösenden 4D-Hämodynamik in diesen Arterienmodellen entwickelt. Unter Verwendung der hochauflösenden 4D-Fluss-MRT erwies sich das Bioreaktorsystem als sehr geeignet, den Volumenstrom, die beiden Komponenten der WSS inklusive dem radialen Druck und die PWV in den Arterienmodellen zu quantifizieren, wobei die erhaltenen Werte sehr gut mit den in der Literatur gefundenen Werten für in vivo-Messungen vergleichbar sind. Darüber hinaus lassen sich durch die dreidimensionale Untersuchung der Gefäßwandmorphologie in den in vitro-Modellen erste atherosklerotische Prozesse wie die Verdickung der Intima erkennen. Eine Einschränkung ist jedoch das Fehlen einer medialen glatten Muskelzellschicht aufgrund der dichten ECM des Gewebegerüsts. Die Verwendung der Laserschneidetechnik zur Erzeugung von Löchern und / oder Gruben im Mikrometerbereich, die eine Besiedlung des Mediums mit SMCs ermöglichen, zeigte in einem ersten Versuch vielversprechende Ergebnisse und sollte in zukünftigen Studien daher dringend weiter untersucht werden. Das präsentierte Arterienmodell verfügt somit über alle relevanten Komponenten für die Erweiterung zu einem Atherosklerosemodell und ebnet den Weg für ein deutlich besseres Verständnis der Schlüsselmechanismen in der Atherogenese. Kapitel 6 beschreibt die Entwicklung eines einfach herzustellenden, kostengünstigen und vollständig an gegebene Bedürfnisse anpassbaren Arterienmodells auf Grundlage von Biomaterialien. Hier wurden thermoresponsive Opfergerüststrukturen, die mit der MEW-Technik hergestellt wurden, zur Herstellung variabler, biomimetischer Formen verwendet, um die geometrischen Eigenschaften des Aortenbogens, bestehend aus Verzweigungen und Krümmungen, zu imitieren. Nach der Einbettung der Opfergerüststruktur in ein Gelatin-Hydrogel, das zudem SMCs enthält, wurde es mit bakterieller Transglutaminase vernetzt, bevor es aufgelöst und gespült wurde. Der so entstandene Hydrogelkanal wurde anschließend mit Endothelzellen besiedelt, wodurch ein einfach zu erstellendes, schnelles und kostengünstiges Arterienmodell entstand. Im Gegensatz zum nativen Arterienmodell ist dieses Modell daher deutlich variabler in Größe und Form und bietet die wichtige Möglichkeit, von Anfang an glatte Muskelzellen mit einzubringen. Darüber hinaus wurde speziell für die gegebene Gerüststruktur eine maßgeschneiderte und hochgradig anpassungsfähige Perfusionskammer entwickelt, die eine sehr schnelle und einstufige Herstellung des Arterienmodells ermöglicht und gleichzeitig die Möglichkeit zur dynamischen Kultivierung der Modelle bietet, was eine hervorragende Grundlage für die Entwicklung von in vitro Krankheits-Testsystemen für z.B. die Atheroskleroseforschung im Zusammenhang mit der Hämodynamik darstellt. Aus Zeitgründen konnte die Ausweitung auf ein Atherosklerosemodell jedoch im Rahmen dieser Arbeit nicht realisiert werden. Daher werden sich zukünftige Studien auf die Entwicklung und Validierung eines in vitro-Atherosklerosemodells konzentrieren, das auf den hier entwickelten zwei- und dreischichtigen Arterienmodellen basiert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit den Weg für eine schnelle Erfassung und detaillierte Analyse der sich verändernden Hämodynamik während der Entwicklung und der Progression der Atherosklerose geebnet hat, einschließlich räumlich aufgelöster Analysen aller relevanten hämodynamischen Parameter im Zeitverlauf innerhalb einer Gruppe und zwischen verschiedenen Gruppen. Darüber hinaus wurden vielversprechende Arterienmodelle etabliert, die das Potenzial haben, als neue Plattform für die Atherosklerose-Grundlagenforschung zu dienen, um Tierversuche zu minimieren und gleichzeitig die Kontrolle über verschiedene Parameter zu erlangen, die die Atheroskleroseentwicklung beeinflussen. KW - Hämodynamik KW - Arteriosklerose KW - Tissue Engineering KW - Atherosclerosis KW - MRI KW - Hemodynamics KW - Tissue Engineering KW - Biofabrication KW - Artery Models Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-303601 ER - TY - THES A1 - Chaudhari, Sweena M. T1 - Role of Hypoxia-Inducible Factor (HIF) 1α in Dendritic Cells in Immune Regulation of Atherosclerosis T1 - Rolle von Hypoxie induziertem Faktor (HIF) 1α in dendritischen Zellen in der Immunregulation der Atherosklerose N2 - Atherosclerosis is the underlying cause of cardiovascular diseases and a major threat to human health worldwide. It involves not only accumulation of lipids in the vessel wall but a chronic inflammatory response mediated by highly specific cellular and molecular responses. Macrophages and dendritic cells (DCs) play an essential role in taking up modified lipids and presenting them to T and B lymphocytes, which promote the immune response. Enhanced activation, migration and accumulation of inflammatory cells at the local site leads to formation of atherosclerotic plaques. Atherosclerotic plaques become hypoxic due to reduced oxygen diffusion and high metabolic demand of accumulated cells. The various immune cells experience hypoxic conditions locally and inflammatory stimuli systemically, thus up-regulating Hypoxia-inducible factor 1α. Though the role of HIF1α in macrophages and lymphocytes has been elucidated, its role in DCs still remains controversial, especially with respect to atherosclerosis. In this project work, the role of HIF1α in DCs was investigated by using a cell specific knockout mouse model where HIF1α was deleted in CD11c+ cells. Aortic root sections from atherosclerotic mice showed presence of hypoxia and up-regulation of HIF1α which co-localized with CD11c+ cells. Atherosclerotic splenic DCs also displayed enhanced expression of HIF1α, proving non-hypoxic stimulation of HIF1α due to systemic inflammation. Conditional knockout (CKO) mice lacking HIF1α in CD11c+ cells, under baseline conditions did not show changes in immune responses suggesting effects of HIF1α only under inflammatory conditions. When these mice were crossed to the Ldlr-/- line and placed on 8 weeks of high fat diet, they developed enhanced plaques with higher T-cell infiltration as compared to the wild-type (WT) controls. The plaques were of a complex phenotype, defined by increased percent of smooth muscle cells (SMCs) and necrotic core area and reduced percent of macrophages and DCs. The mice also displayed enhanced T-cell activation and a Th1 bias in the periphery. The CKO DCs themselves exhibited increased expression of IL 12 and a higher capacity to proliferate and polarize naive T cells to the Th1 phenotype in vitro. The DCs also showed decreased expression of STAT3, in line with the inhibitory effects of STAT3 on DC activation seen in previous studies. When STAT3 was overexpressed in DCs in vitro, IL 12 was down-regulated, but its expression increased significantly on STAT3 inhibition using a mutant vector. In addition, when STAT3 was overexpressed in DCs in vivo using a Cre regulated lentiviral system, the mice showed decreased plaque formation compared to controls. Interestingly, the effects of STAT3 modulation were similar in WT and CKO mice, intending that STAT3 lies downstream of HIF1α. Finally, using a chromatin immunoprecipitation assay (ChIP), it was confirmed that HIF1α binds to hypoxia responsive elements (HREs) in the Stat3 gene promoter thus regulating its expression. When DCs lack HIF1α, STAT3 expression is not stimulated and hence IL 12 production by DCs is uninhibited. This excessive IL 12 can activate naive T cells and polarize them to the Th1 phenotype, thereby enhancing atherosclerotic plaque progression. This project thus concludes that HIF1α restrains DC activation via STAT3 generation and prevents excessive production of IL 12 that helps to keep inflammation and atherosclerosis under check. N2 - Atherosklerose ist die zugrundeliegende Ursache kardiovaskulärer Erkrankungen und stellt weltweit eine bedeutende Gesundheitsgefahr dar. An der Erkrankung ist nicht nur eine Anreicherung von Lipiden in der Gefäßwand beteiligt, sondern auch eine chronische Entzündungsantwort, welche durch hochspezifische zelluläre sowie molekulare Reaktionen vermittelt wird. Makrophagen und dendritische Zellen (DCs) sind essentiell an der Aufnahme von modifizierten Lipiden sowie deren Präsentation gegenüber T und B Lymphozyten beteiligt, die ihrerseits wiederum Immunantworten fördern. Eine lokal gesteigerte Aktivierung, Migration und Akkumulation inflammatorischer Zellen trägt letztlich zur Bildung atherosklerotischer Plaques bei. Atherosklerotische Plaques werden aufgrund reduzierter Sauerstoff Diffusion und hoher metabolischer Aktivität der akkumulierten Zellen hypoxisch. Die verschiedenen Immunzellen sind lokal hypoxischen Bedingungen sowie systemisch inflammatorischen Stimuli ausgesetzt, wodurch sie Hypoxie-induzierten Faktor 1a (HIF1α) hochregulieren. Obwohl die Bedeutung von HIF1α in Makrophagen und Lymphozyten weitgehend aufgeklärt ist, ist dessen Rolle in DCs immer noch umstritten, insbesondere in Bezug auf Atherosklerose. In diesem Projekt wurde die Rolle von HIF1α in DCs mittels eines zellspezifischen Knockout Mausmodells untersucht, in welchem HIF1α in CD11c+ DCs deletiert wurde. Schnitte der Aortenwurzel aus atherosklerotischen Mäusen zeigten das Bestehen von Hypoxie und die Hochregulation von HIF1α, welches mit CD11c+ Zellen kolokalisierte. DCs aus der Milz atherosklerotischer Tiere wiesen ebenfalls eine erhöhte Expression von HIF1α auf, was eine nicht hypoxische Stimulation von HIF1α aufgrund systemischer Inflammation beweist. Konditionelle Knockout (CKO) Mäuse zeigten im Ausgangszustand keine Veränderung der Immunantwort was einen Einfluss von HIF1α unter ausschließlich inflammatorischen Bedingungen nahelegt. Eine achtwöchige atherogene Diät dieser Mäuse im Ldlr-/- Hintergrund resultierte in der Entwicklung größerer Plaques mit gesteigerter T Zell Infiltration im Vergleich zu wildtypischen (WT) Kontrollen. Die Plaques wiesen einen komplexen Phänotyp auf, der sich durch einen erhöhten prozentualen Anteil glatter Muskelzellen, nekrotischer Fläche sowie einen verminderten prozentualen Anteil an Makrophagen auszeichnete. Die Mäuse zeigten ferner eine erhöhte T Zell Aktivierung und eine Tendenz zur Th1 Antwort in der Peripherie. In vitro zeigten die konditionellen knockout DCs eine gesteigerte IL-12 Expression und eine gesteigerte Fähigkeit die Proliferation naiver T Zellen zu induzieren beziehungsweise in Richtung Th1 zu polarisieren. Die DCs wiesen ferner eine verminderte STAT3 Expression auf. Dies stimmt mit den in früheren Studien beobachteten inhibitorischen Effekten von STAT3 auf die Aktivierung von DCs überein. Eine Überexpression von STAT3 in DCs in vitro führte zu einer Herunterregulation von IL-12. Bei Inhibition von STAT3 mittels eines mutierten Vektors steigerte sich die Expression jedoch signifikant. Ferner führte eine STAT3 Überexpression in DCs mittels eines Cre-regulierten lentiviralen Systems in vivo zu einer verminderten Plaqueformation in den Mäusen im Vergleich zu Kontrollen. Interessanterweise waren die Auswirkungen der STAT3 Modulation in WT und CKO Mäusen ähnlich, was vermuten lässt, dass STAT3 HIF1α nachgeschaltet ist. Mittels eines Chromatin Immunpräzipitiations-Assays wurde letztlich bestätigt, dass HIF1α an Hypoxie-responsive Elemente im Stat3 Genpromotor bindet und dadurch seine Expression reguliert. Wenn DCs HIF1α fehlt wird keine STAT3 Expression gefördert, was eine ungebremste IL-12 Produktion durch DCs zur Folge hat. Dieses überschüssige IL-12 Sekretion kann naive T Zellen aktivieren und in Richtung eines Th1 Phänotyps polarisieren, wodurch das Voranschreiten atherosklerotischer Plaques gefördert wird. Dieses Projekt kommt folglich zu dem Schluss, dass HIF1α die Aktivierung von DCs über STAT3-Bildung beschränkt und eine übermäßige Produktion von IL-12 verhindert, wodurch Inflammation und Atherosklerose im kontrolliert werden. KW - Dendritische Zelle KW - Hypoxie KW - Arteriosklerose KW - Entzündung KW - Hypoxia KW - HIF1alpha KW - Atherosclerosis KW - Dendritic cells Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-91853 ER - TY - THES A1 - Gil Pulido, Jesús T1 - The role of Batf3-dependent dendritic cells and the IL-23 receptor in atherosclerosis T1 - Die Rolle von Batf3-abhängigen dendritischen Zellen und des IL-23-Rezeptors in der Atherosklerose N2 - Cardiovascular diseases represent the leading cause of death worldwide, with myocardial infarction and strokes being the most common complications. In both cases, the appearance of an enlarged artery wall as a consequence of a growing plaque is responsible for the disturbance of the blood flow. The formation of plaques is driven by a chronic inflammatory condition known as atherosclerosis, characterized by an initial step of endothelial cell (EC) dysfunction followed by the recruitment of circulating immune cells into the tunica intima of the vessel. Accumulation of lipids and cells lead to the formation of atheromatous plaques that will define the cardiovascular outcome of an individual. The role of the immune system in the progression of atherosclerosis has been widely recognized. By far, macrophages constitute the most abundant cell type in lesions and are known to be the major source of the lipid-laden foam cell pool during the course of the disease. However, other immune cells types, including T cells, dendritic cells (DCs) or mast cells, among others, have been described to be present in human and mouse plaques. How these populations can modulate the atherogenic process is dependent on their specialized function. DCs constitute a unique population with the ability to bridge innate and adaptive immune responses, mainly by their strong capacity to present antigens bound to a major histocompatibility complex (MHC) molecule. Given their ability to polarize T cells and secrete cytokines, their role in atherosclerosis has gained attention for the development of new therapeutic approaches that could impact lesion growth. Hence, knowing the effect of a specific subset is an initial key step to evaluate its potential for clinical purposes. For example, the basic leucine zipper ATF-like 3 transcription factor (Batf3) controls the development of conventional dendritic cells type 1 (cDCs1), characterized by the expression of the surface markers CD8 and CD103. Initially, they were described to promote both T-helper 1 (Th1) and regulatory T cell (Treg) responses, known to accelerate and to protect against atherosclerosis, respectively. The first part of this thesis aimed to elucidate the potential role of Batf3-dependent DCs in atherosclerosis and concluded that even though systemic immune responses were mildly altered they do not modify the course of the disease and may not represent an attractive candidate for clinical studies. DCs also have the ability to impact lesion growth through the release of a broad range of cytokines, which can either directly impact atherosclerotic plaques by modulating resident cells, or by further polarizing T cell responses. Among others, interleukin (IL) 23, a member of the IL-12 family of cytokines, has received much attention during the past year due to its connection to autoimmunity. IL-23 is known to induce pathogenicity of Th17 cells and is responsible for the development of several autoimmune diseases including multiple sclerosis, psoriasis or rheumatoid arthritis. Interestingly, these patients often present with an accelerated course of atherosclerosis and thus, are at higher risk of developing cardiovascular events. Several epidemiological studies have pointed toward a possible connection between IL-23 and its receptor IL-23R in atherosclerosis, although their exact contribution remains to be elucidated. The second part of this thesis showed that resident antigen-presenting cells (APCs) in the aorta produced IL-23 during the steady state but this secretion was greatly enhanced after incubation with oxidized low-density lipoprotein (oxLDL). Furthermore, disruption of the IL-23R signaling led to decreased relative necrotic plaque area in lesions of Ldlr-/-Il23r-/- mice fed a high-fat diet (HFD) for 6 and 12 weeks compared to Ldlr-/- controls. A proposed mechanism involves that increased IL-23 production in the context of atherosclerosis may promote the pathogenicity of IL-23-responding T cells, especially IL-23R+ γδ T cells in the aortic root. Response to IL-23 might increase the release of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) and IL-17 and alter the pro- and anti-inflammatory balance of cytokines in the aortic root. Altogether, these data showed that the IL-23 / IL-23R axis play a role in plaque stability. N2 - Kardiovaskuläre Erkrankungen sind weltweit die häufigste Todesursache, wobei Myokardinfarkt und Schlaganfall die häufigsten Komplikationen darstellen. In beiden Fällen ist das Auftreten einer verbreiterten Arterienwand als Folge eines wachsenden Plaques für die Störung des Blutflusses verantwortlich. Die Bildung von Plaques wird durch einen chronischen Entzündungszustand, bekannt als Atherosklerose, ausgelöst. Zunächst kommt es dabei zur Entstehung einer endothelialen Dysfunktion, die zur Rekrutierung zirkulierender Immunzellen in die Tunica Intima des Gefäßes führt. Die Akkumulation von Lipiden und Zellen wiederum führt zur Bildung von atheromatösen Plaques, die den kardiovaskulären Gefäßstatus eines Individuums bestimmen. Die Rolle des Immunsystems bei der Progression der Atherosklerose wurde weithin anerkannt. Makrophagen stellen bei weitem den häufigsten Zelltyp innerhalb der Läsionen dar und sind bekanntermaßen die Hauptquelle des mit Lipid beladenen Schaumzellpools im Verlauf der Erkrankung. Es wurde jedoch auch beschrieben, dass andere Arten von Immunzellen, einschließlich der T-Zellen, dendritischen Zellen (DCs) und Mastzellen, in humanen und murinen Plaques vorhanden sind. Wie diese Populationen den atherogenen Prozess modulieren können, hängt von ihrer spezialisierten Funktion ab. DCs bilden eine einzigartige Population, der es möglich ist, angeborene und adaptive Immunartworten zu überbrücken. Dies geschieht hauptsächlich aufgrund ihrer ausgeprägten Fähigkeit, Antigene zu präsentieren, die an einen Haupthistokompatibilitätskomplex gebunden sind. Angesichts ihrer Rolle in der Polarisierung von T-Zellen und der Sezernierung von Zytokinen haben sie bisher Aufmerksamkeit bei der Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze zur Beeinflussung des Läsionswachstums erlangt. Die Kenntnis der Wirkung einer bestimmten Subpopulation ist ein erster wichtiger Schritt, um ihr Potenzial für klinische Zwecke zu bewerten. Zum Beispiel steuert der Transkriptionsfaktor „basic leucine zipper ATF-like 3“ (Batf3) die Entwicklung von herkömmlichen dendritischen Zellen Typ 1, welche durch die Expression der Oberflächenmarker CD8 und CD103 gekennzeichnet sind. Anfänglich wurde beschrieben, dass sie sowohl die Antworten von T-Helfer 1 als auch von regulatorischen T-Zellen fördern, welche je nach Zellfunktion die Atherosklerose beschleunigen oder vorbeugen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die potentielle Rolle von Batf3-abhängigen DCs für die Entstehung der Atherosklerose aufgeklärt. Trotz diese einer leichten Veränderungen der systemischen Immunantwort den Krankheitsverlauf nicht beeinflussen und daher keine attraktiven Kandidaten für klinische Studien darstellen. DCs haben auch die Fähigkeit das Läsionswachstum durch Freisetzung einer breiten Palette an Zytokinen zu beeinflussen, die atherosklerotische Plaques entweder direkt durch Modulation von ortsständigen residenten Zellen oder durch weiteres Polarisieren von T-Zell-Reaktionen beeinflussen können. Unter anderem hat interleukin (IL) 23, ein Mitglied der IL-12-Zytokinfamilie, aufgrund seines Zusammenhangs mit Auto-immunität im vergangenen Jahr viel Aufmerksamkeit erhalten. Es ist bekannt, dass IL-23 die Pathogenität von Th17-Zellen induziert und für die Entwicklung von mehreren Autoimmunkrankheiten einschließlich multipler Sklerose, Psoriasis oder rheumatoider Arthritis verantwortlich ist. Interessanterweise haben alle diese Erkrankungen gemeinsam, dass sie die Entstehung einer Atherosklerose beschleunigen. Die betroffenen Patienten haben ein höheres Risiko für ein kardiovaskuläres Ereignis. Mehrere epidemiologische Studien haben auf einen möglichen Zusammenhang zwischen IL-23 und seinem Rezeptor IL-23R bei Atherosklerose hingewiesen, auch wenn die genaue Relevanz dieser Hinweise noch zu klären ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit konnte es gezeigt werden, dass ortsständige antigenpräsentierende Zellen in der Aorta IL-23 zwar bereits im Steady State produzieren, diese Sekretion jedoch nach Inkubation mit oxLDL stark erhöht ist. Darüber hinaus führte eine Störung der IL-23R-Signalgebung nach 6 bis 12 Wochen einer fettreichen Diät (HFD) zu einer verringerten relativen nekrotischen Plaque-Fläche in Läsionen von Ldlr-/-Il23r-/- Mäusen verglichen mit Ldlr-/- Mäusen. In Bezug auf den zugrunde liegenden Mechanismus wurde diskutiert, dass eine erhöhte IL-23-Produktion im Zusammenhang mit Atherosklerose die Pathogenität von IL-23R-reaktiven T-Zellen, insbesondere von IL-23R+ γδ T-Zellen in der Aortenwurzel, fördern kann. Reaktionen auf IL-23 könnten die Freisetzung von Granulozyten-Monozyten-Kolonie-stimulierendem Faktor und IL-17 erhöhen und das pro- und antiinflammatorische Gleichgewicht von Zytokinen innerhalb der Aortenwurzel verändern. Insgesamt zeigen diese Daten, dass die IL-23 / IL-23R Achse eine wichtige Rolle in der Etablierung der Plaquestabilität einnimmt. KW - Arteriosklerose KW - Immunsystem KW - Dendritic cells KW - IL-23 KW - Interleukine KW - Dendritische Zelle KW - Atherosclerosis Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167203 ER - TY - JOUR A1 - Gotschy, Alexander A1 - Bauer, Wolfgang R. A1 - Winter, Patrick A1 - Nordbeck, Peter A1 - Rommel, Eberhard A1 - Jakob, Peter M. A1 - Herold, Volker T1 - Local versus global aortic pulse wave velocity in early atherosclerosis: An animal study in ApoE\(^{-/-}\) mice using ultrahigh field MRI JF - PLoS ONE N2 - Increased aortic stiffness is known to be associated with atherosclerosis and has a predictive value for cardiovascular events. This study aims to investigate the local distribution of early arterial stiffening due to initial atherosclerotic lesions. Therefore, global and local pulse wave velocity (PWV) were measured in ApoE\(^{-/-}\) and wild type (WT) mice using ultrahigh field MRI. For quantification of global aortic stiffness, a new multi-point transit-time (TT) method was implemented and validated to determine the global PWV in the murine aorta. Local aortic stiffness was measured by assessing the local PWV in the upper abdominal aorta, using the flow/area (QA) method. Significant differences between age matched ApoE\(^{-/-}\) and WT mice were determined for global and local PWV measurements (global PWV: ApoE\(^{-/-}\): 2.7 ±0.2m/s vs WT: 2.1±0.2m/s, P<0.03; local PWV: ApoE\(^{-/-}\): 2.9±0.2m/s vs WT: 2.2±0.2m/s, P<0.03). Within the WT mouse group, the global PWV correlated well with the local PWV in the upper abdominal aorta (R\(^2\) = 0.75, P<0.01), implying a widely uniform arterial elasticity. In ApoE\(^{-/-}\) animals, however, no significant correlation between individual local and global PWV was present (R\(^2\) = 0.07, P = 0.53), implying a heterogeneous distribution of vascular stiffening in early atherosclerosis. The assessment of global PWV using the new multi-point TT measurement technique was validated against a pressure wire measurement in a vessel phantom and showed excellent agreement. The experimental results demonstrate that vascular stiffening caused by early atherosclerosis is unequally distributed over the length of large vessels. This finding implies that assessing heterogeneity of arterial stiffness by multiple local measurements of PWV might be more sensitive than global PWV to identify early atherosclerotic lesions. KW - MRI KW - Atherosclerosis KW - Aorta KW - Stiffness KW - Measurement KW - Time measurement KW - Magnetic resonance imaging KW - Mouse models KW - Systole Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-171824 VL - 12 IS - 2 ER - TY - THES A1 - Görg, Maria T1 - Die Angiotensin II induzierte Vasokonstriktion isolierter Arterien und deren Beeinflussung durch OxLDL T1 - OxLDL POTENTIATES VASCULAR ANGIOTENSIN II –INDUCED CONTRACTILE RESPONSES THROUGH ACTIVATION OF RHO-KINASE N2 - Atherosklerose und Hypercholesterinämie führen zu einer deutlichen Beeinträchtigung der vaskulären Funktion. Neben der bereits vielfältig beschriebenen Hemmung der endothelvermittelten Vasodilatation durch oxidierte Lipoproteine, fanden sich in den vergangenen Jahren auch zunehmend Hinweise für ein verändertes Kontraktionsverhalten von Arterien unter dem Einfluss von oxidiertem LDL. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob oxidiertes Lipoprotein die Angiotensin II induzierte Vasokonstriktion verändert, durch welche Mechanismen dies geschieht und ob sich durch den Einsatz bereits bekannter und etablierter antihypertensiver Medikamente und neuerer Substanzen ein Einfluss hierauf nehmen lässt. Hierfür wurden Kontraktionsexperimente an isolierten Kaninchenaorten durchgeführt. Zu Beginn der Arbeit wurde zunächst die Angiotensin II induzierte Vasokonstriktion studiert, hierbei zeigte sich, dass Angiotensin II selbst bei repetitiver Stimulation zu einer Zunahme der Kontraktilität isolierter Kaninchenaorten führt. Wie weiterführende Untersuchungen zeigten, konnte dieser Effekt durch die Blockade von Calciumkanälen nur teilweise beeinflusst werden. Hiervon ausgehend kann festgestellt werden, dass Angiotensin II zu einer Zunahme der Kontraktilität durch eine Sensibilisierung des kontraktilen Apparates gegenüber Calcium führt. Der Mechanismus der Ca2+- Sensibilisierung ist noch nicht vollständig geklärt, in vorangehenden Studien unterschiedlicher Arbeitsgruppen fanden sich jedoch viele Hinweise auf eine Rho-Kinase vermittelte Aktivitätsmodulierung der Myosin-Leichtketten-Phosphastase. Die Beteiligung der Rho-Kinase an der Angiotensin II induzierten Vasokonstriktion konnte durch den Einsatz des Rho-Kinase Hemmers Y27632 gezeigt werde. Nach Inkubation kam es zu einer signifikant verringerten Ausprägung der Angiotensin II induzierten Vasokonstriktion. Auch durch die Blockade des AT1-Rezepors konnte die Angiotensin II induzierte Vasokonstriktion verhindert werden, während der Einsatz eines Angiotensin-Converting-Enzym-Inhibitors ohne Einfluss auf die Vasomotorik blieb. Im Anschluss wurde der Effekt des oxidierten Low Density Lipoproteins auf die Angiotensin II induzierte Vasokonstriktion untersucht. OxLDL steigerte die durch eine Schwellenkonzentration von Angiotensin II hervorgerufene Kontraktion isolierter Kaninchenaortenringe um das 2,9 fache, während es den Basaltonus unkontrahierter Gefäße nicht beeinflusste. Dabei war zunächst unklar, über welchen Mechanismus diese Potenzierung der Angiotensin II induzierten Vasokonstriktion vermittelt wird. Durch den Einsatz eines Calciumkanalantagonisten konnte gezeigt werden, dass die OxLDL induzierte Zunahme der Kontraktilität nicht einzig durch eine Steigerung der intrazellulären Calciumionenkonzentration vermittelt ist, da dieser nur eine partiellen Effekt von etwa 40% hatte. Der Rho-Kinase-Inhibitor Y27632 führte jedoch zu einem Ausbleiben bzw. Rückgang der Potenzierung. Daher bleibt festzustellen, dass sowohl bei Angiotensin II induzierten Vasokonstriktion als auch deren Potenzierung durch OxLDL die Rho-Kinase beteiligt ist. Auch eine Hemmung der Angiotensin II induzierten Vasokonstriktion durch einen AT1-Rezeptorblocker verhinderte den potenzierenden Einfluss von OxLDL. In der Hypertonus Therapie bei hypercholesterinämischen Patienten könnte der Einsatz von AT1-Rezeptorblockern und Rho-Kinase-Hemmern erfolgsversprechend sein. N2 - Angiotensin II (AngII) and oxidized (Ox) LDL co-localize in the atherosclerotic plaque, a region prone to increased vascular tone and to spasm. Here we investigated whether OxLDL potentiates AngII-induced contractile responses of isolated arteries. Since the Ca2+ sensitivity of vascular smooth muscle cells is regulated by a Rho-dependent kinase, we analyzed whether the activity of this enzyme is modulated by OxLDL. LDL was prepared from fresh human plasma by ultracentrifugation and oxidized by CuSO4. Aortic rings were prepared from isolated rabbit aorta (RA) segments. Vasomotor responses (contractile responses and endothelium-dependent dilations of preconstricted arteries) were investigated under isometric conditions in an organ bath. Incubation of RA with OxLDL (100 – 300 µg/mL, 90 min) had no significant influence on acetylcholine-induced, endothelium-dependent dilations of RA. In the absence of Ang II, OxLDL (100 – 300 µg/mL) had no influence on vascular tone. However, OxLDL potentiated contractile responses induced by a threshold concentration of Ang II (0.3 nM) by a factor of 3, whereas maximal contractile responses induced by Ang II remained unaffected. Thus, OxLDL enhanced the sensitivity of RA towards Ang II-induced contractile responses. The AT1 receptor antagonist losartan (0.1 µM) blunted contractile responses induced by Ang II alone as well as the enhanced sensitivity after OxLDL treatment, while the ACE-inhibitor quinaprilat was without influence. Pretreatment of RA with Y27632, an inhibitor of the Rho-associated kinase, prevented potentiation of the Ang II-induced contractile responses, suggesting that the enhanced sensitivity after OxLDL treatment was due to stimulation of Rho-kinase. Conclusion: OxLDL potentiates vascular AngII –induced contractile responses through activation of Rho-kinase. This potentiation may significantly contribute to altered vascular reactivity in atherosclerotic arteries KW - Atherosklerose KW - Angiotensin II KW - OxLDL KW - Vasomotorik KW - Rho-Kinase KW - Atherosclerosis KW - Angiotensin II KW - OxLDL KW - Vasomotor function KW - Rho-Kinase Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16504 ER - TY - THES A1 - Knochenhauer, Tim T1 - Die Rolle von HIF-1α in T-Zellen bei kardiovaskulären Erkrankungen T1 - Role of HIF-1α in T cells in cardiovascular diseases N2 - Die Atherosklerose ist als Ursache kardiovaskulärer Erkrankungen, welche die häufigste Todesursache weltweit darstellen, von großer klinischer und wissenschaftlicher Relevanz. Atherosklerose ist charakterisiert durch Einlagerungen von Lipiden in die Gefäßwand, welche zur Ausbildung von Plaques führen. Als Folge wird eine chronische Entzündungsreaktion eingeleitet, die durch spezifische Immunzellen, unter anderem T-Lymphozyten, und komplexe molekulare Prozesse aufrechterhalten wird. Durch eine verminderte Sauerstoffdiffusionskapazität und eine hohe Zelldichte ist das Milieu in den Plaques hypoxisch. Zur zellulären Anpassung an ein solches hypoxisches Milieu werden Hypoxie-induzierbare Faktoren (HIF) in den Immunzellen stabilisiert. Der Transkriptionsfaktor HIF-1 ist ein heterodimeres Protein, welches die Transkription bestimmter Zielgene initiiert, die den Zellen notwendige Adaptationen des Zellstoffwechsels an ein vermindertes Sauerstoffangebot ermöglichen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin zu untersuchen, inwiefern sich ein Ausschalten des Transkriptionsfaktor HIF-1α selektiv in T-Lymphozyten auf Atherosklerose und Myokardinfarkt auswirkt. Die funktionelle Bedeutung von HIF-1α in T-Zellen in der Pathogenese dieser Erkrankungen wurde an zwei Mausmodellen untersucht. Im Atherosklerose Modell wurde Biomaterial von LDLR-/- Mäusen mit T-Zell spezifischem Knockout von HIF-1α nach achtwöchiger fettreicher Western-Typ Diät untersucht. Histologisch zeigte sich eine vermehrte Plaqueausprägung und ein verminderter Makrophagenanteil in den Plaques. Durchflusszytometrisch und mittels qPCR konnten keine Unterschiede in der Lymphozytendifferenzierung in Milz und Lymphknoten dieser Mäuse nachgewiesen werden. Im Myokardinfarkt-Modell mit T-Zell spezifischem HIF-1α Knockout konnte in früheren Untersuchungen der Arbeitsgruppe eine vergrößerte Infarktzone mit eingeschränkter kardialer Funktion nachgewiesen werden. Histologisch konnte im Rahmen dieser Arbeit hierfür kein zellmorphologisches Korrelat in Kardiomyozytengröße oder der Vaskularisation des Myokards gefunden werden. In Zukunft könnte HIF-1α in T-Lymphozyten ein möglicher Angriffspunkt zur medikamentösen Prävention oder Therapie kardiovaskulärer Erkrankungen sein. N2 - Atherosclerosis is of great clinical and scientific relevance as a cause of cardiovascular disease, which is the most common cause of death worldwide. Atherosclerosis is characterized by deposition of lipids in the vessel wall, which leads to the formation of plaques. As a consequence, a chronic inflammatory response is initiated, which is maintained by specific immune cells, including T lymphocytes, and complex molecular processes. Due to a reduced oxygen diffusion capacity and a high cell density, the environment in the plaques is hypoxic. For cellular adaptation to such a hypoxic milieu, hypoxia-inducible factors (HIF) are stabilized in immune cells. The transcription factor HIF-1 is a heterodimeric protein that initiates the transcription of specific target genes that enable cells to make necessary adaptations of cellular metabolism to a reduced oxygen supply. The aim of the present work was to investigate the extent to which silencing of the transcription factor HIF-1α selectively in T lymphocytes affects atherosclerosis and myocardial infarction. The functional significance of HIF-1α in T cells in the pathogenesis of these diseases was investigated in two mouse models. In the atherosclerosis model, biomaterial from LDLR-/- mice with T-cell specific knockout of HIF-1α was examined after an eight-week high-fat Western-type diet. Histologically, there was increased plaque expression and decreased macrophage content in plaques. Flow cytometry and qPCR did not detect differences in lymphocyte differentiation in the spleen and lymph nodes of these mice. In the myocardial infarction model with T-cell specific HIF-1α knockout, an enlarged infarct zone with impaired cardiac function could be detected in previous studies of the research group. Histologically, no cell morphological correlate for this in cardiomyocyte size or myocardial vascularization could be found in this work. In the future, HIF-1α in T lymphocytes could be a potential target for drug prevention or therapy of cardiovascular diseases. KW - Hypoxie-induzierbarer Faktor KW - Arteriosklerose KW - T-Lymphozyt KW - Herzinfarkt KW - HIF-1α KW - HIF-1α KW - T-Lymphozyten KW - T cell KW - Atherosklerose KW - Atherosclerosis KW - CVD KW - Kardiovaskuläre Erkrankungen Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-322758 ER - TY - THES A1 - Li, Xiang T1 - Molecular imaging of inflammation in atherosclerosis: Preclinical study in Apolipoprotein E-Deficient mice and preliminary evaluation in human using positron emission tomography T1 - Molekulare Bildgebung inflammatorischer Prozesse bei Atherosklerose: Präklinische Studie in Apolipoprotein-E Knockout-Mäusen sowie erste Evaluation humaner PET-Studien N2 - Motivation and Aim: Cardiovascular disease has been the leading cause of mortality and morbidity throughout the world. In developed countries, cardiovascular diseases are already responsible for a majority of deaths and will become the pre-eminent health problem worldwide (1,2). Rupture of atherosclerotic plaque accounts for approximately 70% of fatal acute myocardial infarction and sudden heart deaths. Conventional criterias for the diagnosis of “vulnerable plaques” are calcified nodules, yellow appearance of plaque, a thin cap, a large lipid core, severe luminal stenosis, intraplaque hemorrhage, inflammation, thrombogenicity, and plaque injury (3-5). Noninvasive diagnosis of vulnerable plaque still remains a great challenge and a huge research prospect, which triggered us to investigate the feasibility of PET imaging on the evaluation of atherosclerosis. Nuclear imaging of atherosclerosis， especially co-registered imaging modalities, could provide a promising diagnostic tool including both anatomy and activities to identify vulnerable atherosclerotic plaque or early detection of inflammatory endothelium at risk. Furthermore, the development of specific imaging tracers for clinical applications is also a challenging task. The aim of this work was to assess the potential of novel PET imaging probes associated with intra-plaque inflammation on animal models and in human respectively. Methods In this work, several molecular imaging modalities were employed for evaluation of atherosclerosis. They included Positron emission tomography / Computed tomography (PET/CT) for human studies, and micro-PET, autoradiography and high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) for animal studies. Radiotracers for PET imaging included the glucose analogue 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG), the somatostatin receptor avide tracer 68Ga-DOTATATE, and the Gallium-68 labeled fucoidan (68Ga-Fucoidan), which was developed as a PET tracer to detect endothelial P-selectin, which overexpressed at early stage of atherosclerosis and endothelial overlying activated plaque. Tracer’s capabilities were firstly assessed on cellular level in vitro. Subsequently, Animal studies were conducted in two animal models: 1, Apolipoprotein E (ApoE-/-) mice having severe atherosclerotic plaque; 2, Lipopolysaccharide (LPS) -induced mice for receiving acute vascular inflammation. Corresponding analyses on protein and histological level were conducted as well to confirm our results. In human study, 16 patients with neuroendocrine tumors (NETs) were investigated on imaging vascular inflammation. These patients had undergone both 68Ga-DOTATATE PET/CT and 18F-FDG PET/CT for staging or restaging within 6 weeks. 16 patients were randomized into two groups: high-risk group and low-risk group. Uptake ratio of both tracers from two groups were compared and correlated with common cardiovascular risk factors. Results and Conclusion In murine study, the expression of somatostatin receptor 2, which is the main bio-target of 68Ga-DOTATATE on macrophage/monocyte was confirmed by flow cytometry and immunohistochemistry. Prospectively, high specific accumulation of 68Ga-DOTATATE to the macrophage within the plaques was observed in aorta lesions by autoradiography and by micro-PET. In study with 68Ga-fucoidan, a strong expression of P-selectin on active endothelium overlying on inflamed plaque but weaker on inactive plaques was confirmed. Specific focal uptake of 68Ga-fucoidan were detected at aorta segments by micro-PET, and correlated with high-resolution magnetic resonance imaging (MRI), which was used to characterize the morphology of plaques. 68Ga-fucoidan also showed a greater affinity to active inflamed plaque in comparison of inactive fibrous plaque, which was assessed by autoradiography. Specificity of 68Ga-DOTATATE and 68Ga-fucoidan were confirmed by ex-vivo blocking autoradiography and in vivo blocking PET imaging respectively. In human study, focal uptake of both 18F-FDG and 68Ga-DOTATATE was detected. Analyzing concordance of two tracers’ uptake ratio, Out of the 37 sites with highest focal 68Ga-DOTATATE uptake, 16 (43.2%) also had focal 18F-FDG uptake. Of 39 sites with highest 18F-FDG uptake, only 11 (28.2%) had a colocalized 68Ga-DOTATATE accumulation. Correlated tracers’ uptake and calcium burden and risk factors, Mean target-to-background ratio (TBR) of 68Ga-DOTATATE correlated significantly with the presence of calcified plaques (r=0.52), hypertension (r=0.60), age (r=0.56) and uptake of 18F-FDG (r=0.64). TBRmean of 18F-FDG correlated significantly only with hypertension (r=0.58; p<0.05). Additionally, TBRmean of 68Ga-DOTATATE is significant higher in the high risk group while TBRmean of 18F-FDG is not. In conclusion, we evaluated vascular inflammation of atherosclerosis non-invasively using the two PET tracers: 68Ga-DOTATATE and 68Ga-Fucoidan. 68Ga-DOTATATE show specific affinity to infiltrated macrophage within the plaques. 68Ga-Fucoidan may hold the potential to discriminate between active and inactive atherosclerotic plaques in terms of variant accumulation on different-types of plaques. PET as leading molecular imaging technique provides superiority in assessing cellular activity, which is pivotal for understanding internal activity of atherosclerotic plaques. Since diagnosis of atherosclerosis is a complex and multi-dimensional task. More integrated imaging technology such as PET/MRI, faster imaging algorithm, more efficient radiotracer are required for further development of atherosclerosis imaging, N2 - Ziel: Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen die häufigste Todesursache der westlichen Industrieländer dar und führen zu einem zunehmenden Gesundheitsproblem weltweit. (1,2). Ca. 70 % aller akuten Myocardinfarkte sind auf die Ruptur atherosklerotischer Plaques zurück zuführen, deren typische Charakteristika ein kalzifizierter, lipidhaltiger Kern, überzogen von einer dünnen fibrösen Kappe, darstellt. Innerhalb der atherosklerotischer Plaques kommt es zu Makrophageneinlagerung und im weiteren Verlauf zu entzündlichen und angiogentischen Prozesse, die zu Einblutungen führen und die Instabilität der Plaques zur Folge hat (3-5). Die nichtinvasive Diagnostik rupturgefährdeter Plaques stellt immer noch eine große medizinische Herausforderung dar. Die nuklearmedizinische Bildgebung, kombiniert mit MRT/CT zur anatomischen Co-Registrierung, könnte eine verbesserte diagnostische Methode zur Darstellung rupturgefährdeter atherosklerotischen Plaques und frühzeitiger entzündlicher Prozesse darstellen. Ziel dieser Arbeit war es daher, atherosklerosische Plaques mittels Positronen¬emissions¬tomografie (PET) unter Verwendung neuer PET Tracer für die Darstellung von Entzündungs¬prozesse im Tiermodell und der humanen Anwendung zu untersuchen. Material und Methoden: Im Rahmen dieser Arbeit kamen verschiedene bildgebende Verfahren zur Anwendung. Im Einzelnen waren dies PET/CT bei humanen Studien sowie micro-PET, Autoradiografie und hochauflösende Magnetresonanztomografie (MRT) bei Untersuchungen im Tiermodell. Als PET-Tracer wurden das Glukosederivat 18F-Flurodesoxyglukose (18F-FDG), 68Ga-DOTATATE, das an Somatostatin-Rezeptoren bindet sowie Gallium-68 markiertes Fucoidan (68Ga-Fucoidan) verwendet. Bei 68Ga-Fucoidan handelt es sich um einen neu entwickelten PET-Tracer zur Darstellung von P-Selectin, welches an aktivieren Plaques im frühen Stadium der Atherosklerose überexprimiert wird. Die Untersuchungen im Tiermodell fanden sowohl an Apolipoprotein E Knockout-Mäusen (ApoE-/-) als auch an Lipopolysaccharid- (LPS) induzierten Mäusen statt. Des Weiteren wurden uptake-Untersuchungen auf in Zellkulturexperimenten durchgeführt. Zur Bestätigung der der Untersuchungsergebnisse wurden zusätzlich histochemische Untersuchungen durchgeführt. Im Rahmen der humanen Studien wurden 16 Patienten mit neuroendokrinenen Tumoren (NET) hinsichtlich vaskulärer Entzündungsprozesse untersucht. Alle Patienten erhielten ein 68Ga-DOTATATE PET/CT und 18F-FDG PET/CT zum Staging bzw. Restaging innerhalb von 6 Wochen. Die Einteilung der Patienten erfolgte in zwei Gruppen: hohes Risiko und geringes Risiko. Die uptake-Verhältnisse beider Tracer in beiden Gruppen wurden mit einander verglichen und hinsichtlich bekannter cardiocaskulärer Risikofaktoren in Beziehung gesetzt. Ergebnisse und Zusammenfassung: Die Expression der Somatostatin-Rezeptor Subtyps 2, an den 68Ga-DOTATATE an Makrophagen/Monocyten bindet, konnte mittels flow cytometrischer und immunhistochemischer Experimente im Mausmodell bestätigt werden. Mit Hilfe von micro-PET Untersuchungen und Autoradiografie wurde eine hohe spezifische Anreicherung von 68Ga-DOTATATE an Makrophagen innerhalb der Plaques beobachtet.Im Rahmen der Untersuchungen mit 68Ga-Fucoidan konnte eine hohe P-Selectin-Expression an aktiviertem Endothelium, welches die entzündlichen Plaques überlagert festgestellt werden. Bei inaktiven Plaques hingegen zeigte sich eine geringe P-Selectin-Expression. In micro-PET-Studien konnte ein spezifischer fokaler uptake von 68Ga-Fucoidan in der Aorta nachgewiesen werden. Dieser korrelierte mit den zusätzlich durchgeführten MRT-Unter¬suchungen zur Charakterisierung der Plaquemorphologie. Mittels Autoradiografie konnte nachgewiesen werden, dass 68Ga-Fucoidan eine höhere Affinität zu aktivierten entzündlichen Plaques im Vergleich zu inaktivieren fibrösen Plaques zeigt. Die spezifische Bindung von 68Ga-DOTATATE und 68Ga-Fucoidan wurde über Blockadeexperimente mittels Autoradiografie und PET bestätigt. In der humanen Anwendung wurde ein fokaler uptake von 18F-FDG und 68Ga-DOTATATE detektiert. Die Analyse der Übereinstimmung des uptakes beider Tracer ergab: Von 37 spots mit hohem 68Ga-DOTATATE-uptake zeigten 16 (43,2 %) ebenfalls einen fokalen 18F-FDG -uptake. Von 39 spots mit hohem 18F-FDG -uptake zeigten nur 11(28,2%) eine 68Ga-DOTATATE-Anreicherung. Betrachtet man den Tracer-uptake hinsichtlich des Calcium-burden und weiterer Risikofakoren, so ergeben sich folgende Korrelationskoeffizienten: TBRmean of 68Ga-DOTATATE korreliert signifikant mit der Anwesenheit von kalzifizierten Plaques (r=0,52), Blutdruck (r=0,60), Alter (r=0,56) und 18F-FDG uptake (r=0,64). Eine signifikante Korrelation von TBRmean 18F-FDG konnte lediglich beim Risikofaktor Blutdruck (r=0,58, p<0,05) festgestellt werden. Weiterhin zeigte sich, dass der TBRmean von Ga-DOTATATE in der Hoch-Risiko-Gruppe signifikant höher, dies gilt jedoch nicht für TBRmean 18F-FDG. Zusammenfassung: In dieser Arbeit wurden die vaskulären Entzündungsprozessen der Atherosklerose mittels der nichtinvasiven PET unter Verwendung von 68Ga-DOTATATE und 68Ga-Fucoidan untersucht und bewertet. 68Ga-DOTATATE zeigte eine spezifische Affinität zu Makrophagen innerhalb der atherosklerotischen Plaques. Mit 68Ga-Fucoidan konnt zwischen aktiven und inaktiven Plaques unterschieden werden. Die molekulare Bildgebung mittels PET eignet sich hervorragend zur Darstellung und Untersuchung molekularer Prozesse innerhalb atheroskerotischer Plaques. Dennoch sind weiterführende Technologien wie PET/MR, schnellere Algorithmen, hoch spezifische Radiotracer zur Weiterentwicklung der PET-Bildgebung atherosklerotischer Plaques notwendig. KW - Arteriosklerose KW - Entzündung KW - Makrophage KW - Positronen-Emissions-Tomographie KW - Non-invasive imaging KW - Atherosclerosis KW - PET KW - Nuclear imaging KW - Inflammation KW - Positron emission tomography KW - Vulnerable plaque KW - Macrophage Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-104622 ER - TY - THES A1 - Melichar, Volker O. T1 - Einfluß der Atherosklerose auf den NO:cGMP Signalweg am Modell des cholesteringefütterten Kaninchen T1 - Alterations of NO:cGMP -Signalling in Atherosclerosis in Cholesterol-fed Rabbits N2 - Atherosklerose ist Volkskrankheit und Todesursache Nummer Eins in den sogenannten entwickelten Ländern. Ursachen für die meisten Folgeerkrankungen sind Minderperfusion und Gefäßverschluß, verursacht durch Ablagerungen und Verdickung der Gefäßwand und durch einen pathologisch erhöhten Gefäßtonus. Mehrere zelluläre Signalwege, die im Gesunden eine Vasodilatation hervorrufen können, sind in atherosklerotischen Gefäßen gestört, so auch der NO:cGMP-Signalweg. Der Einfluß der Atherosklerose auf den NO-abhängigen Teil des Signalwegs, also NO-Produktion und -Abbau, sowie Diffusion von NO zu den glatten Muskelzellen, ist seit längerem bekannt. In dieser Studie zeigen wir, daß im fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung auch der NO-unabhängige Teil des Signalwegs in erheblichen Maße gestört ist. Die Expression und Aktivität der Enzyme lösliche Guanylatzyklase (sGC) und cGMP-abhängige Proteinkinase-I ist vor allem in der neugebildeten Neointima reduziert. P-VASP, ein Indikator der Aktivität des gesamten NO:cGMP-Signalwegs, ist in eindrucksvoller Weise reduziert. Die Enzyme des NO-unabhängigen Teils des NO:cGMP-Signalwegs werden in zunehmenden Maße pharmakologisch beeinflußbar. Die Ergebnisse dieser Studie stellen somit eine wichtige Grundlage für neue Therapieansätze der Atherosklerose dar. N2 - Atherosclerosis is number one cause of death in the so-called developed countries. The cause of most complications of atherosclerosis is malperfusion and blood vessel occlusion, caused by plaque-formation and vessel wall thickening as well as a pathologically increased vessel tone. Several cellular signalling cascades, capable of causing vasodilatation in the healthy vessel, are known to be impaired, amongst others the NO:cGMP signalling pathway. The influence of atherosclerosis upon the NO-dependent part of this pathway, i.e. NO-synthesis and -scavenging, as well as diffusion of NO to the smooth muscle cells, has been has been intensively studied. In the present study we show, that in more progressed stages of the disease also the NO-independent part of the signalling pathway is highly impaired. Expression and activity of the enzymes soluble guanlylate cyclase (sGC) and cGMP-dependent protein kinase-I is reduced, especially in the newly formed neointima. P-VASP, a marker-protein of the activity of the entire NO:cGMP signalling pathway, is dramatically reduced. Nowadays it is possible to influence also the enzymes of the NO-independent part of the NO:cGMP signalling pathway pharmacologically. Therefore the results of this study are an important basis for new therapeutic approaches of atherosclerotic disease. KW - Atherosklerose KW - No:cGMP-Signalweg KW - Stickstoffmonoxid KW - sGC KW - VASP KW - Atherosclerosis KW - No:cGMP-Signalling KW - nitric oxide KW - sGC KW - VASP Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3833 ER - TY - THES A1 - Miller, Nadja Katrin T1 - Pleiotrope Effekte der Therapie mit Simvastatin und Ezetimib auf die Endothelfunktion in LDL-Rezeptor-Knockout Mäusen T1 - Pleiotropic effects of Simvastatin and Ezetimibe on the endothelial function in LDL receptor knockout mice N2 - Hypercholesterinämie und andere Risikofaktoren tragen zur Entstehung von Atherosklerose bei. Ein entscheidendes Merkmal der Pathogenese ist eine gestörte Endothelfunktion. Hierbei kommt es zu einer reduzierten Bioverfügbarkeit von NO (Stickstoffmonoxid), welches vasodilatativ und atheroprotektiv wirkt. NO kann jedoch auch abhängig vom vaskulären Milieu proatherogen wirken. Es ist Produkt verschiedener NO-Synthasen (NOS). Die potenten Cholesterinsenker Simvastatin und Ezetimib haben vermutlich zusätzliche pleiotrope Effekte auf die Endothelfunktion, deren Untersuchung Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist. Hierzu wurden an LDL-R-KO Mäusen - neben Bestimmung der Plasmacholesterinspiegel und atherosklerotischer Plaqueläsionen - Messungen von NO und eNOS, korrelativen Parametern der endothelialen Funktion, durchgeführt. Endovaskuläre Messungen von NO zeigten erhöhte NO-Werte in direkter Nähe atherosklerotischer Plaques. Diese sind am ehesten als Korrelat einer erhöhten iNOS-Aktivität in den Läsionen anzusehen. Im Sinne der mehrdimensionalen Funktion von NO ist hier von einer proatherogenen Wirkung des NO auszugehen. Messungen der ubiquitären, im Blut zirkulierenden NO-Mengen dagegen zeigten eine signifikant erhöhte NO-Bioverfügbarkeit in mit Simvastatin behandelten Tieren. Dies belegt die bereits in der Literatur beschriebene Pleiotropie von Statinen, NO kommt hier eine atheroprotektive Bedeutung zu. Die rein quantitative Bestimmung der eNOS-Expression zeigte zum Zeitpunkt der Untersuchung keine signifikanten Unterschiede in allen Versuchsgruppen. Hierbei sind jedoch keine Rückschlüsse auf die Enzymaktivität oder die Genexpression in anderen Zielgeweben möglich. Simvastatin und Ezetimib wirken sowohl in Mono- als auch in Kombinationstherapie über ihre cholesterinsenkende Wirkung hinaus atheroprotektiv. Die Untersuchungen zeigen, dass bei der Betrachtung der Endothelfunktion die verschiedenen NO-Produktionsquellen sowie der Funktionszustand des NO von entscheidender Bedeutung sind. N2 - Hypercholesterolemia and other risk factors are associated with the development of atherosclerosis. Endothelial dysfunction is one important step in the pathogenic process leading to a decreased nitric oxide (NO) bioavailability. NO provides vasodilatation and atheroprotection but depending on the vascular situation it can also have a proatherogenic effect. NO is produced by different isoforms of NO synthases (NOS). The lipid lowering therapy with Simvastatin and Ezetimibe supposably has additional pleiotropic effects on the endothelial integrity. For the current study plasma cholesterol levels and lesion areas of atherosclerotic plaques were measured in LDL receptor knockout mice. To assess the endothelial function we investigated bioavailability of NO and expression of eNOS. We found increased levels of endovascular NO close to atherosclerotic plaques, suggesting that here NO is produced by highly active iNOS in plaque lesions. According to NO’s multidimensional functions we assume that NO here has proatherogenic effects. For overall circulating NO we found increased levels in mice treated with Simvastatin, indicating the known pleiotropic effects of statins and the atheroprotective role of NO. The expression of eNOS did not show any difference at the point of our studies. However we cannot proof the enzymes’ activity or expression in other tissues. Lipid lowering therapy with Simvastatin, Ezetimibe, or both has an additional atheroprotective effect. Regarding the endothelial function the results show that we need to focus on different sources of NO production as well as the specific function of NO itself. KW - Atherosklerose KW - Simvastatin KW - Ezetimib KW - NO KW - eNOS KW - Atherosclerosis KW - Simvastatin KW - Ezetimibe KW - NO KW - eNOS Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70010 ER - TY - THES A1 - Schneider, Nicole T1 - Untersuchung der Expression von SET7 und anderer epigenetischer Enzyme in vitro und vivo im Modell der Atherosklerose T1 - Analysis of the expression of SET7 and other epigenetic enzymes in vitro and vivo in a model of atherosclerosis N2 - Bei der Atherosklerose handelt es sich um eine chronische inflammatorische Erkrankung, die sich an der arteriellen Gefäßinnenwand abspielt. Ihre Haupt-Manifestationsformen Schlaganfall und Herzinfarkt zählen zu den häufigsten Todesursachen weltweit. Eine chronische Endothelbelastung und -funktionsstörung, beeinflusst durch Risikofaktoren wie Diabetes, arterieller Bluthochdruck, Rauchen und Entzündungszustände, führen zur Permeabilitätserhöhung des Endothels, zur Zelleinwanderung, subendothelialen Lipidanreicherung, Migration glatter Muskelzellen und der Ausbildung atherosklerotischer Läsionen. Es kommt zu Aktivierung des Immunsystems und fortschreitender Entzündungsreaktion, schließlich zur Ausbildung eines nekrotischen Kerns und zunehmender Vulnerabilität des Plaques. Epigenetische Veränderungen betreffen klassischerweise das Chromatingerüst. Durch DNA-Methylierung und -Demethylierung sowie verschiedene Modifikationen der Histon-Proteine kann die DNA in ihrer Zugänglichkeit verändert werden. So kann die Transkription eines bestimmten Genes direkt und potenziell längerfristig beeinflusst werden, ohne dass Alterationen der DNA-Basenfolge selbst stattfinden. Das Enzym SET7 nimmt hierbei eine Sonderrolle ein, da es neben einer Methylierung von Histon 3 auch verschiedene zelluläre Zielstrukturen posttranslational direkt methylieren kann. Epigenetische Veränderungen im Kontext der Atherosklerose sind bereits vereinzelt beschrieben. Auch sind sie relevant in der Reaktion auf Umwelteinflüsse und bei inflammatorischen Vorgängen. Der Frage, ob epigenetische Mechanismen im atherosklerotischen Geschehen eine Rolle spielen, sollte in dieser Arbeit nachgegangen werden. Dazu wurde in Zellkulturversuchen für Makrophagen und glatte Muskelzellen geprüft, ob die einzelnen pro-atherosklerotischen Stimuli oxLDL, IL-1β, TNFα und LPS bereits zu relevanten Veränderungen epigenetischer Enzyme führen. Dies erfolgte über Vergleich der entsprechenden mRNA mittels qPCR. Zur Untersuchung der genaueren Dynamik wurde für die Enzyme SET7 und DNMT1 der zeitliche Ablauf dieser Reaktion auf TNFα-Stimulation in Makrophagen genauer betrachtet. Unter gleichen Versuchsbedingungen wurde außerdem die Änderung der mRNA-Expression einiger Matrixmetalloproteasen, TIMP-Enzyme, Zytokine und Transkriptionsfaktoren analysiert,um zukünftig kausale Zusammenhänge weiter aufdecken zu können. Auch die Frage nach Veränderungen epigenetischer Enzyme in der Ldlr-/--Maus nach fettreicher Diät im Vergleich zu Ldlr-/--Mäusen ohne Diät sollte hier beantwortet werden. Dazu wurde die mRNA der Zellsuspensionen aus Milz, Aortenwurzel und gesamter Aorta der Tiere mithilfe der qPCR verglichen. Schließlich sollte ein effizienter Weg für einen individuellen und flexiblen SET7 knock-out etabliert werden, um weitere Studien dieses Enzyms zu ermöglichen. Hierzu wurde die Methode des CRISPR/Cas9 Systems gewählt und abschließend die Funktionalität des Systems überprüft. N2 - Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease which occurs at the inner layer of the artery wall. Its two main manifestations are stroke and myocardial infarction, which are two of the most common causes of death worldwide. Chronical endothelial stress and endothelial dysfunction, affected by different risk factors such as hypertension, diabetes mellitus, smoking, and an inflammatory state, lead to an increased permeability, cell accumulation, subendothelial lipid accumulation and migration of smooth muscle cells, causing immune system activation, a subsequent inflammatory reaction, and the formation of atherosclerotic lesions. Finally, the development of a necrotic core occurs, accompanied by a progressive plaque vulnerability. Epigenetic mechanisms affect the chromatin structure. Therefore, the accessibility of the DNA can be altered by DNA methylation, -demethylation and different modifications of histone proteins. This can directly affect the transcription of a certain gene in a potentially long-lasting way without altering the DNA base sequence itself. The enzyme SET7 is noteworthy because of its ability of direct methylation of different cellular targets in addition to its function as a histone 3 methyltransferase. Some epigenetic alterations in the context of atherosclerosis have already been described. Epigenetic changes also play a role in the reaction to environmental signals and in processes caused by inflammation. The aim of this study was to clarify whether epigenetic mechanisms play a role in atherosclerosis. Therefore, epigenetic alterations in macrophages and smooth muscle cells after pro-atherosclerotic stimulation with oxLDL, IL-1β, TNFα and LPS were tested in cell culture experiments and their mRNA expression was compared via qPCR. Regarding the dynamics, the temporal SET7 and DNMT1 expression after stimulation was investigated for macrophages in detail. Furthermore, changes of mRNA expression for certain matrix-metalloproteases, TIMP-enzymes, cytokines, and transcription factors could be detected under constant experimental conditions. By this, the detection of causal dependencies between individual changes could be facilitated in the future. To answer the question of relevant changes in epigenetic enzyme expression in Ldlr-/--mice after high-fat diet compared to mice without any diet, mRNA expression of cell suspension gained from the mice spleen, aortic sinus and total aorta were compared by using qPCR. Finally, an efficient way of knocking down SET7 was established by the usage of the CRISPR/Cas9 method, and functionality of this approach was demonstrated in this study. KW - Arteriosklerose KW - Epigenetik KW - Atherogenese KW - Atherosklerose KW - Atherosclerosis KW - epigenetics KW - SET7 Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-328952 ER -