Institut für Anatomie und Zellbiologie
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Sonstige beteiligte Institutionen
The pathophysiology of tremor in Parkinson’s disease (PD) is evolving towards a complex alteration to monoaminergic innervation, and increasing evidence suggests a key role of the locus coeruleus noradrenergic system (LC-NA). However, the difficulties in imaging LC-NA in patients challenge its direct investigation. To this end, we studied the development of tremor in a reserpinized rat model of PD, with or without a selective lesioning of LC-NA innervation with the neurotoxin DSP-4. Eight male rats (Sprague Dawley) received DSP-4 (50 mg/kg) two weeks prior to reserpine injection (10 mg/kg) (DR-group), while seven male animals received only reserpine treatment (R-group). Tremor, rigidity, hypokinesia, postural flexion and postural immobility were scored before and after 20, 40, 60, 80, 120 and 180 min of reserpine injection. Tremor was assessed visually and with accelerometers. The injection of DSP-4 induced a severe reduction in LC-NA terminal axons (DR-group: 0.024 ± 0.01 vs. R-group: 0.27 ± 0.04 axons/um\(^2\), p < 0.001) and was associated with significantly less tremor, as compared to the R-group (peak tremor score, DR-group: 0.5 ± 0.8 vs. R-group: 1.6 ± 0.5; p < 0.01). Kinematic measurement confirmed the clinical data (tremor consistency (% of tremor during 180 s recording), DR-group: 37.9 ± 35.8 vs. R-group: 69.3 ± 29.6; p < 0.05). Akinetic–rigid symptoms did not differ between the DR- and R-groups. Our results provide preliminary causal evidence for a critical role of LC-NA innervation in the development of PD tremor and foster the development of targeted therapies for PD patients.
Carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 (CEACAM1) ist ein multifunktionales Zell-Zell Adhäsionsprotein, das in eine Vielzahl an zellulären Prozessen involviert ist, wie zum Beispiel der Differenzierung von Geweben, der Tumorsuppression, Metastasierung, Angiogenese und Apoptose. Außerdem hat es modulierende Eigenschaften auf die angeborene und erworbene Immunantwort. In der vorliegenden Arbeit charakterisierte ich initial die Lokalisation und die CEACAM1-exprimierenden Zelltypen im Auge und bestimmte quantitativ die Expression von Ceacam1 in der Retina und Choroidea zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
Es zeigte sich hierbei, dass Ceacam1 zu allen untersuchten Zeitpunkten, sowohl während der Entwicklung als auch im adulten retinalen und choroidalen Gewebe nachweisbar war. Mittels Immunhistochemie konnte die Expression von CEACAM1 im Corneaepithel, den Gefäßen der Iris und des Ziliarkörpers, im nicht-pigmentierten Epithel des Ziliarkörpers, sowie in den retinalen und choroidalen Gefäßen nachgewiesen werden. Durch Doppelfärbung mit Kollagen IV konnte die endotheliale Expression von CEACAM1 in den Endothelzellen der Gefäße bestätigt werden.
Im zweiten Teil meiner Arbeit untersuchte ich die Funktion von CEACAM1 im Auge und verglich dazu wildtypische Retinae mit Cc1-/--Retinae. Es zeigten sich keine offensichtlichen morphologischen Veränderungen der retinalen Schichten und die anschließend durchgeführten morphometrischen Analysen der Schichtdicken der retinalen Neurone zeigte keine Anzeichen einer Neurodegeneration. Allerdings waren in Cc1-/--Retinae kleine Zysten und IBA1 positive, phagozytisch aktive Zellen im subneuroretinalen Raum, also dem Bereich zwischen RPE und den Außensegmenten der Photorezeptoren zu erkennen. Die anschließend durchgeführten Expressionsanalysen immunmodulierender Faktoren und von Mitgliedern des TGF-β-Signalwegs in retinalen und choroidealen Proben wildtypischer und Cc1-/--Mäusen zeigten keine veränderte Expression für Iba1, Ccl2 sowie Tnf-α. Jedoch konnten signifikant erhöhte Werte für TGF-β1 in der Gruppe der 2-4 als auch der Gruppe der 9 Monate alten Cc1-/--Retinae im Vergleich zu wildtypischen Retinae nachgewiesen werden. Basierend auf den Daten der vorliegenden Arbeit kann geschlussfolgert werden, dass die Deletion von CEACAM1 unter physiologischen Bedingungen die Struktur der Retina und Choroidea nicht offensichtlich beeinflusst. Allerdings führt die Deletion zu erhöhten Tgfβ1 Spiegeln in der Retina und zur Aktivierung und Akkumulation von IBA1 positiven Zellen im subneuroretinalen Raum.
Combined pulmonary fibrosis and emphysema (CPFE) is a recently recognized syndrome that, as its name indicates, involves the existence of both interstitial lung fibrosis and emphysema in one individual, and is often accompanied by pulmonary hypertension. This debilitating, progressive condition is most often encountered in males with an extensive smoking history, and is presented by dyspnea, preserved lung volumes, and contrastingly impaired gas exchange capacity. The diagnosis of the disease is based on computed tomography imaging, demonstrating the coexistence of emphysema and interstitial fibrosis in the lungs, which might be of various types and extents, in different areas of the lung and several relative positions to each other. CPFE bears high mortality and to date, specific and efficient treatment options do not exist. In this review, we will summarize current knowledge about the clinical attributes and manifestations of CPFE. Moreover, we will focus on pathophysiological and pathohistological lung phenomena and suspected etiological factors of this disease. Finally, since there is a paucity of preclinical research performed for this particular lung pathology, we will review existing animal studies and provide suggestions for the development of additional in vivo models of CPFE syndrome.
Background
With the emergence of photon-counting CT, ultrahigh-resolution (UHR) imaging can be performed without dose penalty. This study aims to directly compare the image quality of UHR and standard resolution (SR) scan mode in femoral artery angiographies.
Methods
After establishing continuous extracorporeal perfusion in four fresh-frozen cadaveric specimens, photon-counting CT angiographies were performed with a radiation dose of 5 mGy and tube voltage of 120 kV in both SR and UHR mode. Images were reconstructed with dedicated convolution kernels (soft: Body-vascular (Bv)48; sharp: Bv60; ultrasharp: Bv76). Six radiologists evaluated the image quality by means of a pairwise forced-choice comparison tool. Kendall’s concordance coefficient (W) was calculated to quantify interrater agreement. Image quality was further assessed by measuring intraluminal attenuation and image noise as well as by calculating signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratios (CNR).
Results
UHR yielded lower noise than SR for identical reconstructions with kernels ≥ Bv60 (p < 0.001). UHR scans exhibited lower intraluminal attenuation compared to SR (Bv60: 406.4 ± 25.1 versus 418.1 ± 30.1 HU; p < 0.001). Irrespective of scan mode, SNR and CNR decreased while noise increased with sharper kernels but UHR scans were objectively superior to SR nonetheless (Bv60: SNR 25.9 ± 6.4 versus 20.9 ± 5.3; CNR 22.7 ± 5.8 versus 18.4 ± 4.8; p < 0.001). Notably, UHR scans were preferred in subjective assessment when images were reconstructed with the ultrasharp Bv76 kernel, whereas SR was rated superior for Bv60. Interrater agreement was high (W = 0.935).
Conclusions
Combinations of UHR scan mode and ultrasharp convolution kernel are able to exploit the full image quality potential in photon-counting CT angiography of the femoral arteries.
Relevance statement
The UHR scan mode offers improved image quality and may increase diagnostic accuracy in CT angiography of the peripheral arterial runoff when optimized reconstruction parameters are chosen.
Key points
• UHR photon-counting CT improves image quality in combination with ultrasharp convolution kernels.
• UHR datasets display lower image noise compared with identically reconstructed standard resolution scans.
• Scans in UHR mode show decreased intraluminal attenuation compared with standard resolution imaging.
Objectives
We developed a novel human cadaveric perfusion model with continuous extracorporeal femoral perfusion suitable for performing intra-individual comparison studies, training of interventional procedures and preclinical testing of endovascular devices. Objective of this study was to introduce the techniques and evaluate the feasibility for realistic computed tomography angiography (CTA), digital subtraction angiography (DSA) including vascular interventions, and intravascular ultrasound (IVUS).
Methods
The establishment of the extracorporeal perfusion was attempted using one formalin-fixed and five fresh-frozen human cadavers. In all specimens, the common femoral and popliteal arteries were prepared, introducer sheaths inserted, and perfusion established by a peristaltic pump. Subsequently, we performed CTA and bilateral DSA in five cadavers and IVUS on both legs of four donors. Examination time without unintentional interruption was measured both with and without non-contrast planning CT. Percutaneous transluminal angioplasty and stenting was performed by two interventional radiologists on nine extremities (five donors) using a broad spectrum of different intravascular devices.
Results
The perfusion of the upper leg arteries was successfully established in all fresh-frozen but not in the formalin-fixed cadaver. The experimental setup generated a stable circulation in each procedure (ten upper legs) for a period of more than six hours. Images acquired with CT, DSA and IVUS offered a realistic impression and enabled the sufficient visualization of all examined vessel segments. Arterial cannulating, percutaneous transluminal angioplasty as well as stent deployment were feasible in a way that is comparable to a vascular intervention in vivo. The perfusion model allowed for introduction and testing of previously not used devices.
Conclusions
The continuous femoral perfusion model can be established with moderate effort, works stable, and is utilizable for medical imaging of the peripheral arterial system using CTA, DSA and IVUS. Therefore, it appears suitable for research studies, developing skills in interventional procedures and testing of new or unfamiliar vascular devices.
In Unterfranken/Nordbayern wurde eine gut abgegrenzte Unterart der Hieracium maculatum-Gruppe festgestellt, die auf die Hänge des Maintals zwischen Würzburg und Hasloch beschränkt ist mit einem Hot Spot (>90% des Gesamtbestandes) zwischen den Orten Thüngersheim und Retzbach. Aufgrund einiger Ähnlichkeiten mit H. glaucinum subsp. prasiophaeum (Syn.: subsp. gougetianum) wird die Unterart als H. maculatum subsp. pseudogougetianum beschrieben. Diese Subspecies wächst bevorzugt auf Muschelkalk-Schotter und beginnt bereits Mitte April zu blühen, hat weißlich behaarte Kopfhüllen mit dunklen Stieldrüsen. Die Grundblattrosette besteht aus eiförmigen bis elliptischen, gezähnten bis gesägten, oberseits kahlen, glauken und dunkel gefleckten Blättern. Die Stängel tragen 1-3(4) gestielte Laubblätter und bilden meistens lange blühende Seitenäste aus den Blattachseln. H. maculatum subsp. pseudogougetianum ist wie ein Teil der H. maculatum-Sippen tetraploid mit einem Genomgewicht (2C-Wert) von 14,5 pg und unterscheidet sich damit von der H. glaucinum-Gruppe, deren untersuchte Taxa ausnahmslos triploid sind (10,1 pg).
In tumor therapy anti-angiogenic approaches have the potential to increase the efficacy of a wide variety of subsequently or co-administered agents, possibly by improving or normalizing the defective tumor vasculature. Successful implementation of the concept of vascular normalization under anti-angiogenic therapy, however, mandates a detailed understanding of key characteristics and a respective scoring metric that defines an improved vasculature and thus a successful attempt. Here, we show that beyond commonly used parameters such as vessel patency and maturation, anti-angiogenic approaches largely benefit if the complex vascular network with its vessel interconnections is both qualitatively and quantitatively assessed. To gain such deeper insight the organization of vascular networks, we introduce a multi-parametric evaluation of high-resolution angiographic images based on light-sheet fluorescence microscopy images of tumors. We first could pinpoint key correlations between vessel length, straightness and diameter to describe the regular, functional and organized structure observed under physiological conditions. We found that vascular networks from experimental tumors diverted from those in healthy organs, demonstrating the dysfunctionality of the tumor vasculature not only on the level of the individual vessel but also in terms of inadequate organization into larger structures. These parameters proofed effective in scoring the degree of disorganization in different tumor entities, and more importantly in grading a potential reversal under treatment with therapeutic agents. The presented vascular network analysis will support vascular normalization assessment and future optimization of anti-angiogenic therapy.
In dieser Arbeit wurden die histologischen und immunhistologischen Auswirkungen der
Kombination aus Inhibition des PD-1/PD-1L-Checkpoints und PLOD-2-Blockade
untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass die Immuntherapie anschlägt und dabei
als Monotherapie die stärksten Tumornekrosen induzierte. Das Ansprechen auf die
Immuntherapie mit BMS-1166 war jedoch sehr unterschiedlich. In der Kombination mit
dem PLOD-2-Inhibitor Minoxidil wurden hingegen einheitlichere, aber auch geringere
Nekroseanteile festgestellt. Dabei muss jedoch beachtet werden, dass die
Kombinationsbehandlung die stärkste Auswirkung auf das Tumorwachstum hatte. So
waren diese Tumore die kleinsten und leichtesten, was in Zusammenhang mit dem
ausgeprägten kollagenen Netzwerk dieser Gruppe stehen könnte. Die Kombination
zeigte keine Auswirkung auf die Tumorvaskularisierung und die Zellteilungsaktivität,
sowie auch keine Auffälligkeiten bezüglich der Infiltration mit Immunzellen.
Lungenmetastasen kamen in allen Behandlungsgruppen vor. Bei der
Kombinationsbehandlung waren jedoch die durchschnittlich größten Lungenmetastasen
festzustellen.
In dieser Arbeit konnte keine klare signifikante Verbesserung der Brustkrebstherapie
durch die Kombination von Inhibition der Kollagensynthese durch PLOD-2-Blockade und
Inhibierung des PD-1/PD-1L-Checkpoints aufgezeigt werden. Das kollagene Netzwerk
war auffällig und sollte genauer untersucht werden. Es lohnt sich weiter an
Kombinationen aus Immuntherapeutikum und EZM-Destabilisierung zu arbeiten. Die
TME muss dabei weiterhin Ansatzpunkt der Forschung bleiben, um eine erleichterte
Penetration der Medikamente in den Tumor zu erzielen. Hier ist der Austausch des
Medikaments zur EZM-Destabilisierung empfehlenswert. Die LOX-Inhibierung hat sich
bereits in Kombination mit Chemotherapie als vorteilhaft erwiesen (Rossow et al., 2018)
und sollte nachfolgend in einem ähnlichen Versuchsaufbau mit dem
Immuntherapeutikum BMS-1166 ausprobiert werden.
Multiorgan recovery in a cadaver body using mild hypothermic ECMO treatment in a murine model
(2023)
Background
Transplant candidates on the waiting list are increasingly challenged by the lack of organs. Most of the organs can only be kept viable within very limited timeframes (e.g., mere 4–6 h for heart and lungs exposed to refrigeration temperatures ex vivo). Donation after circulatory death (DCD) using extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) can significantly enlarge the donor pool, organ yield per donor, and shelf life. Nevertheless, clinical attempts to recover organs for transplantation after uncontrolled DCD are extremely complex and hardly reproducible. Therefore, as a preliminary strategy to fulfill this task, experimental protocols using feasible animal models are highly warranted. The primary aim of the study was to develop a model of ECMO-based cadaver organ recovery in mice. Our model mimics uncontrolled organ donation after an “out-of-hospital” sudden unexpected death with subsequent “in-hospital” cadaver management post-mortem. The secondary aim was to assess blood gas parameters, cardiac activity as well as overall organ state. The study protocol included post-mortem heparin–streptokinase administration 10 min after confirmed death induced by cervical dislocation under full anesthesia. After cannulation, veno-arterial ECMO (V–A ECMO) was started 1 h after death and continued for 2 h under mild hypothermic conditions followed by organ harvest. Pressure- and flow-controlled oxygenated blood-based reperfusion of a cadaver body was accompanied by blood gas analysis (BGA), electrocardiography, and histological evaluation of ischemia–reperfusion injury. For the first time, we designed and implemented, a not yet reported, miniaturized murine hemodialysis circuit for the treatment of severe hyperkalemia and metabolic acidosis post-mortem.
Results
BGA parameters confirmed profound ischemia typical for cadavers and incompatible with normal physiology, including extremely low blood pH, profound negative base excess, and enormously high levels of lactate. Two hours after ECMO implantation, blood pH values of a cadaver body restored from < 6.5 to 7.3 ± 0.05, pCO2 was lowered from > 130 to 41.7 ± 10.5 mmHg, sO2, base excess, and HCO3 were all elevated from below detection thresholds to 99.5 ± 0.6%, − 4 ± 6.2 and 22.0 ± 6.0 mmol/L, respectively (Student T test, p < 0.05). A substantial decrease in hyperlactatemia (from > 20 to 10.5 ± 1.7 mmol/L) and hyperkalemia (from > 9 to 6.9 ± 1.0 mmol/L) was observed when hemodialysis was implemented. On balance, the first signs of regained heart activity appeared on average 10 min after ECMO initiation without cardioplegia or any inotropic and vasopressor support. This was followed by restoration of myocardial contractility with a heart rate of up to 200 beats per minute (bpm) as detected by an electrocardiogram (ECG). Histological examinations revealed no evidence of heart injury 3 h post-mortem, whereas shock-specific morphological changes relevant to acute death and consequent cardiac/circulatory arrest were observed in the lungs, liver, and kidney of both control and ECMO-treated cadaver mice.
Conclusions
Thus, our model represents a promising approach to facilitate studying perspectives of cadaveric multiorgan recovery for transplantation. Moreover, it opens new possibilities for cadaver organ treatment to extend and potentiate donation and, hence, contribute to solving the organ shortage dilemma.
Eine pentaploide Sippe aus der Pilosella macranthela-Verwandtschaft wurde in Unterfranken/Bayern entdeckt, die hier als P. macranthela subsp. sylvae-pici neu beschrieben wird. Sie wächst hauptsächlich im bayerischen Buntsandstein-Spessart und kommt mit drei kleinen, isolierten Wuchsorten auch in den Kalkgebieten des Maintals und Tauberbereichs vor. Die Wuchsform steht zwischen dem Furcata- und Laxicephala-Typus von Pilosellinen mit ober- und teils unterirdischen Ausläufern und zeigt Neigung, Horste zu bilden. Die Ober- und Unterseiten der Rosettenblätter besitzen Sternhaare. Die Korbstiele und Hüllblätter sind dicht mit dunkel gestielten Drüsenhaaren mit gelblichen Drüsenköpfen besetzt. Die seitlichen Zähne der Blütenzungen sind oft durch Einschnitte abgetrennt. Tetra- und pentaploide Zwischenarten zwischen P. macranthela subsp. sylvae-pici und P. officinarum werden als P. ottonis neu beschrieben. P. ottonis ist tetra- und pentaploid mit bis zu 7 Körben, ist an den Hüllblättern mit dunklen Stieldrüsen besetzt und ähnelt vom Habitus Formen von P. acutlifolia. Die Hüllen von P. ottonis besitzen wie die von P. macranthela subsp. sylvae-pici und P. glomerata zahlreiche, ca. 10–20 μm dicke Epidermispapillen, die stets bei P. officinarum fehlen. Heterogene P. marcanthela-Sippen (tetra- und heptaploid) kommen als Spontanhybride zwischen P. glomerata und P. officinarum auch außerhalb des Spessartgebiets vor und wurden auch ohne benachbarte P. glomerata gefunden.