610 Medizin und Gesundheit
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Despite promising clinical results in osteochondral defect repair, a recently developed bi-layered collagen/collagen-magnesium-hydroxyapatite scaffold has demonstrated less optimal subchondral bone repair. This study aimed to improve the bone repair potential of this scaffold by adsorbing bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) and/or platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB) onto said scaffold. The in vitro release kinetics of BMP-2/PDGF-BB demonstrated that PDGF-BB was burst released from the collagen-only layer, whereas BMP-2 was largely retained in both layers. Cell ingrowth was enhanced by BMP-2/PDFG-BB in a bovine osteochondral defect ex vivo model. In an in vivo semi-orthotopic athymic mouse model, adding BMP-2 or PDGF-BB increased tissue repair after four weeks. After eight weeks, most defects were filled with bone tissue. To further investigate the promising effect of BMP-2, a caprine bilateral stifle osteochondral defect model was used where defects were created in weight-bearing femoral condyle and non-weight-bearing trochlear groove locations. After six months, the adsorption of BMP-2 resulted in significantly less bone repair compared with scaffold-only in the femoral condyle defects and a trend to more bone repair in the trochlear groove. Overall, the adsorption of BMP-2 onto a Col/Col-Mg-HAp scaffold reduced bone formation in weight-bearing osteochondral defects, but not in non-weight-bearing osteochondral defects.
Ureaplasma species (spp.) are considered commensals of the adult genitourinary tract, but have been associated with chorioamnionitis, preterm birth, and invasive infections in neonates, including meningitis. Data on mechanisms involved in Ureaplasma-driven neuroinflammation are scarce. The present study addressed brain inflammatory responses in preterm lambs exposed to Ureaplasma parvum (UP) in utero. 7 days after intra-amniotic injection of UP (n = 10) or saline (n = 11), lambs were surgically delivered at gestational day 128–129. Expression of inflammatory markers was assessed in different brain regions using qRT-PCR and in cerebrospinal fluid (CSF) by multiplex immunoassay. CSF was analyzed for UP presence using ureB-based real-time PCR, and MRI scans documented cerebral white matter area and cortical folding. Cerebral tissue levels of atypical chemokine receptor (ACKR) 3, caspases 1-like, 2, 7, and C–X–C chemokine receptor (CXCR) 4 mRNA, as well as CSF interleukin-8 protein concentrations were significantly increased in UP-exposed lambs. UP presence in CSF was confirmed in one animal. Cortical folding and white matter area did not differ among groups. The present study confirms a role of caspases and the transmembrane receptors ACKR3 and CXCR4 in Ureaplasma-driven neuroinflammation. Enhanced caspase 1-like, 2, and 7 expression may reflect cell death. Increased ACKR3 and CXCR4 expression has been associated with inflammatory central nervous system (CNS) diseases and impaired blood–brain barrier function. According to these data and previous in vitro findings from our group, we speculate that Ureaplasma-induced caspase and receptor responses affect CNS barrier properties and thus facilitate neuroinflammation.
Background: Extracorporeal hemadsorption eliminates proinflammatory mediators in critically ill patients with hyperinflammation. The use of a pumpless extracorporeal hemadsorption technique allows its early usage prior to organ failure and the need for an additional medical device. In our animal model, we investigated the feasibility of pumpless extracorporeal hemadsorption over a wide range of mean arterial pressures (MAP). Methods: An arteriovenous shunt between the femoral artery and femoral vein was established in eight pigs. The hemadsorption devices were inserted into the shunt circulation; four pigs received CytoSorb\(^®\) and four Oxiris\(^®\) hemadsorbers. Extracorporeal blood flow was measured in a range between mean arterial pressures of 45–85 mmHg. Mean arterial pressures were preset using intravenous infusions of noradrenaline, urapidil, or increased sedatives. Results: Extracorporeal blood flows remained well above the minimum flows recommended by the manufacturers throughout all MAP steps for both devices. Linear regression resulted in CytoSorb\(^®\) blood flow [mL/min] = 4.226 × MAP [mmHg] − 3.496 (R-square 0.8133) and Oxiris\(^®\) blood flow [mL/min] = 3.267 × MAP [mmHg] + 57.63 (R-square 0.8708), respectively. Conclusion: Arteriovenous pumpless extracorporeal hemadsorption resulted in sufficient blood flows through both the CytoSorb\(^®\) and Oxiris\(^®\) devices over a wide range of mean arterial blood pressures and is likely an intriguing therapeutic option in the early phase of septic shock or hyperinflammatory syndromes.
Animal models are important tools to investigate the pathogenesis and develop treatment strategies for breast cancer in humans. In this study, we developed a new three-dimensional in vivo arteriovenous loop model of human breast cancer with the aid of biodegradable materials, including fibrin, alginate, and polycaprolactone. We examined the in vivo effects of various matrices on the growth of breast cancer cells by imaging and immunohistochemistry evaluation. Our findings clearly demonstrate that vascularized breast cancer microtissues could be engineered and recapitulate the in vivo situation and tumor-stromal interaction within an isolated environment in an in vivo organism. Alginate–fibrin hybrid matrices were considered as a highly powerful material for breast tumor engineering based on its stability and biocompatibility. We propose that the novel tumor model may not only serve as an invaluable platform for analyzing and understanding the molecular mechanisms and pattern of oncologic diseases, but also be tailored for individual therapy via transplantation of breast cancer patient-derived tumors.
The active place avoidance task is a dry-arena task used to assess spatial navigation and memory in rodents. In this task, a subject is put on a rotating circular arena and avoids an invisible sector that is stable in relation to the room. Rotation of the arena means that the subject's avoidancemust be active, otherwise the subject will be moved in the to-be-avoided sector by the rotation of the arena and a slight electric shock will be administered. The present experiment explored the effect of variable arena rotation speed on the ability to avoid the to-be-avoided sector. Subjects in a group with variable arena rotation speed learned to avoid the sector with the same speed and attained the same avoidance ability as rats in a group with a stable arena rotation speed. Only a slight difference in preferred position within the room was found between the two groups. No difference was found between the two groups in the dark phase, where subjects could not use orientation cues in the room. Only one rat was able to learn the avoidance of the to-be-avoided sector in this phase. The results of the experiment suggest that idiothetic orientation and interval timing are not crucial for learning avoidance of the to-be-avoided sector. However, idiothetic orientation might be sufficient for avoiding the sector in the dark.
Background
Up to 50% of septic patients develop acute kidney injury (AKI). The pathomechanism of septic AKI is poorly understood. Therefore, we established an innovative rodent model to characterize sepsis-induced AKI by standardized colon ascendens stent peritonitis (sCASP). The model has a standardized focus of infection, an intensive care set up with monitoring of haemodynamics and oxygenation resulting in predictable impairment of renal function, AKI parameters as well as histopathology scoring.
Methods
Anaesthetized rats underwent the sCASP procedure, whereas sham animals were sham operated and control animals were just monitored invasively. Haemodynamic variables and blood gases were continuously measured. After 24 h, animals were reanesthetized; cardiac output (CO), inulin and PAH clearances were measured and later on kidneys were harvested; and creatinine, urea, cystatin C and neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL) were analysed. Additional sCASP-treated animals were investigated after 3 and 9 days.
Results
All sCASP-treated animals survived, whilst ubiquitous peritonitis and significantly deteriorated clinical and macrohaemodynamic sepsis signs after 24 h (MAP, CO, heart rate) were obvious. Blood analyses showed increased lactate and IL-6 levels as well as leucopenia. Urine output, inulin and PAH clearance were significantly decreased in sCASP compared to sham and control. Additionally, significant increase in cystatin C and NGAL was detected. Standard parameters like serum creatinine and urea were elevated and sCASP-induced sepsis increased significantly in a time-dependent manner. The renal histopathological score of sCASP-treated animals deteriorated after 3 and 9 days.
Conclusions
The presented sCASP method is a standardized, reliable and reproducible method to induce septic AKI. The intensive care set up, continuous macrohaemodynamic and gas exchange monitoring, low mortality rate as well as the opportunity of detailed analyses of kidney function and impairments are advantages of this setup. Thus, our described method may serve as a new standard for experimental investigations of septic AKI.
Das Pankreaskarzinom stellt aufgrund seiner hohen Letalität ein bisher ungelöstes Behandlungs¬problem dar. Da die Erkrankung meist erst in einem späten Stadium erkannt wird, sehr aggressiv verläuft und effektive systemische Therapien bisher fehlen, beträgt die 5-Jahresüberlebensrate nur etwa 1-4 %. Daher ist die Entwicklung neuer Therapie¬strategien dringend notwendig. Geeignet dafür sind neuartige Ansätze einer gezielten Krebstherapie, die sich speziell gegen die tumorbiologischen Veränderungen des Pankreas¬karzinoms richten. Ziel dieser Arbeit war es, die beiden Wirkstoffe Rapamycin und anti-VEGF-Antikörper allein und in Kombination auf ihre antitumorösen Eigenschaften gegenüber Panc02-Tumor¬zellen in drei aufeinander folgenden Versuchsansätzen an einem Metasta¬sierungs¬modell in vivo zu unter¬suchen. Beurteilt wurden dabei zunächst die Über¬lebens¬zeit der Tiere und die Tumor¬aus¬dehnung in der Leber. Anschließend wurden anhand einer quantitativen PCR und der Immun¬histo¬logie die Auswirkungen des Tumors auf verschiedene Zellmarker und Zytokine im Milz-, Leber- und Tumorgewebe bestimmt. Aus den erhobenen Ergebnissen geht hervor, dass mit der Kombinationsbehandlung aus Rapa¬mycin (1,5 mg/kg/d) und anti-VEGF-Antikörper das beste Tumor¬an¬sprechen mit einer der längsten Überlebens¬zeiten und einem sehr geringen Tumor¬befall zu erreichen war. Die Monotherapie mit Rapa¬mycin zeigte zwar ebenfalls im Vergleich zu den anderen Behandlungsgruppen einen geringeren Tumorbefall, war aber mit einer kürzeren Überlebenszeit assoziiert. Ein Grund für ein einge¬schränktes Überleben der mit Rapamycin behandelten Tiere könnte das Neben¬wirkungs¬profil von Rapa¬mycin sein. Die Behandlung mit dem anti-VEGF-Antikörper erzielte weder hinsichtlich der Über¬lebens¬zeit noch bezüglich des Tumorbefalls überzeugende Ergebnisse. Der fehlende Antitumoreffekt der anti-VEGF-Antikörper¬therapie könnte in der kurzen Behandlungsdauer des Antikörpers begründet sein. Bei der Überprüfung der Dosierung von Rapamycin schnitt die Gruppe mit der niedrigsten Rapa¬mycindosis von 0,75 mg/kg/d am besten ab. Neben der längsten Überlebenszeit wies sie ver¬glichen mit den anderen Gruppen den geringsten Tumorbefall auf. Ein erneuter Versuchsansatz mit der Kombination aus der reduzierten Rapamycin¬dosis (0,75 mg/kg/d) und dem anti-VEGF-Antikörper konnte den zuvor erzielten Vorteil der Kombi¬nations¬behandlung nicht vollends bestätigen. Die Tumor¬aus¬breitung entsprach zwar dem Ergebnis der in der zweiten Versuchsreihe am besten abge¬schnittenen Gruppe, die Über¬lebenszeit lag aber deutlich unter der der Vergleichs¬gruppen. In der Real-Time PCR ergab sich hinsichtlich des lymphozytären Infiltra¬tions¬musters folgendes Bild: Im Milz-, Leber- und Tumorgewebe lag die Zahl der zyto¬toxischen T-Zellen über der der T-Helferzellen. Vor allem im Tumor¬gewebe war die Gen¬expression von CD8 deutlich erhöht und teilweise mit einem besseren Tumor¬ansprechen assoziiert. Dies könnte auf eine effiziente Tumorimmunantwort der zyto¬toxischen T-Zellen hindeuten. Die Expression von CD4 war dagegen in allen drei Geweben relativ gering. Ferner konnte in der Real-Time PCR und in der Immun¬histo¬logie eine Steigerung der CD25-Genexpression im Leber- und Tumorgewebe im Vergleich zum Milzgewebe nachgewiesen werden. Dies könnte auf eine Ansammlung supprimierender regulatorischer T-Zellen im Tumor und damit eine ineffizientere Tumor¬immunantwort hindeuten. Häufig liegt in Tumoren ein Überwiegen der Th2-Zellen vor. In unserer Studie zeigten die Th1-Zytokine wie IL-2, IFN-gamma or TNF-alpha eine heterogene Expression, sodass eine definitive Aussage über einen Th1/Th2-Shift nicht getroffen werden kann. Des Weiteren wurden die Auswirkungen des Tumors auf B7-H1 und PD-L2 sowie auf PD-1, einen ihrer Rezeptoren, untersucht. Die Ergebnisse bestätigen die Theorie des Tumorimmunescape-Mechanismus. Die in dieser Arbeit erhobenen Ergebnisse sollten nun dazu verwendet werden, gezielt neue immuno¬logische und anti¬angio¬genetische Therapiestrategien für die Behandlung des Pankreas¬karzinoms in der Klinik zu entwickeln. Allerdings zeigt die vorliegende Arbeit auch Ansätze und Probleme auf, die zunächst in weiteren Studien zu lösen sind. So stellten beispielsweise die Neben¬wirkungen der Rapamycinbehandlung einen limitierenden Faktor in der Behandlung der Tiere dar. Auch sollte geklärt werden, ob der schwache Effekt der anti-VEGF-Anti¬körper¬behand¬lung in dieser Arbeit mit der kurzen Behandlungsdauer erklärt werden kann und möglicherweise eine längere Anwendung der VEGF-Antikörper bessere Resultate erzielt.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Beschreibung einer in früheren Versuchsserien zufällig gemachten Beobachtung, dass es zu einer Spontanregression experimenteller Gliome kommt. Dies geschah mittels eines Vergleichs des Spontanverlaufs intracerebraler Gliome bei immunkompetenten und thymektomierten Ratten anhand immunologischer und MRT- Studien. Verwendet wurden C6-Rattengliomzellen. Daraus wurden ca. 300 m große Tumorsphäroide hergestellt, die beiden Rattenstämmen (16 immunkompetenten und 16 immunsupprimierten Sprague- Dawley-Ratten) in den Kortex des linken Frontallappens implantiert wurden. Mittels der MR-Tomographie wurden die Tiere an definierten Terminen auf das Tumorwachstum hin untersucht. Anschließend wurde jeweils eine bestimmte Anzahl an Tumorproben entnommen und mittels der Hämatoxylin- Eosin- bzw. immunhistochemischen Färbungen aufgearbeitet. Mittels der Kernspintomographie konnte gezeigt werden, dass die thymektomierten Ratten um 31 % größere Tumoren aufweisen als die immunkompetenten Ratten. Dies wird ebenso bei der histologischen Auswertung der Tumorvolumina (anhand von HE- Schnitten) verdeutlicht. Ebenso konnte aber auch gezeigt werden, dass die Tumorvolumina nach Erreichen des Volumenmaximums (zwischen dem 28.- 30. Tag nach Implantation) in beiden Populationen stark rückläufig sind, um nach dem 72. Tag nach Implantation fast vollständig zu verschwinden. Im Hinblick auf mögliche immunologische Einflussfaktoren, die bislang noch nicht geklärt werden konnten, sind folgende Ergebnisse zu nennen: Zytotoxische T- Zellen sind in immunkompetenten Ratten in etwas höherer Anzahl nachzuweisen als in thymektomierten Ratten.