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A single, specific, sensitive biochemical biomarker that can reliably diagnose a traumatic brain injury (TBI) has not yet been found, but combining different biomarkers would be the most promising approach in clinical and postmortem settings. In addition, identifying new biomarkers and developing laboratory tests can be time-consuming and economically challenging. As such, it would be efficient to use established clinical diagnostic assays for postmortem biochemistry. In this study, postmortem cerebrospinal fluid samples from 45 lethal TBI cases and 47 controls were analyzed using commercially available blood-validated assays for creatine kinase (CK) activity and its heart-type isoenzyme (CK–MB). TBI cases with a survival time of up to two hours showed an increase in both CK and CK–MB with moderate (CK–MB: AUC = 0.788, p < 0.001) to high (CK: AUC = 0.811, p < 0.001) diagnostic accuracy. This reflected the excessive increase of the brain-type CK isoenzyme (CK–BB) following a TBI. The results provide evidence that CK immunoassays can be used as an adjunct quantitative test aid in diagnosing acute TBI-related fatalities.
The aim of this pilot study was to investigate the diagnostic potential of TMEM119 as a useful microglia-specific marker in combination with immunostainings for phagocytic function and infiltrating capacity of monocytes in cases of lethal monosubstance intoxications by morphine (MOR), methamphetamine (METH), and of ethanol-associated death (ETH) respectively. Human brain tissue samples were obtained from forensic autopsies of cases with single substance abuse (MOR, n = 8; ETH, n = 10; METH, n = 9) and then compared to a cohort of cardiovascular fatalities as controls (n = 9). Brain tissue samples of cortex, white matter, and hippocampus were collected and stained immunohistochemically with antibodies against TMEM119, CD68KiM1P, and CCR2. We could document the lowest density of TMEM119-positive cells in MOR deaths with highly significant differences to the control densities in all three regions investigated. In ETH and METH deaths, the expression of TMEM119 was comparable to cell densities in controls. The results indicate that the immunoreaction in brain tissue is different in these groups depending on the drug type used for abuse.
In the last few years, quantitative analysis of metabolites in body fluids using LC/MS has become an established method in laboratory medicine and toxicology. By preparing metabolite profiles in biological specimens, we are able to understand pathophysiological mechanisms at the biochemical and thus the functional level. An innovative investigative method, which has not yet been used widely in the forensic context, is to use the clinical application of metabolomics. In a metabolomic analysis of 41 samples of postmortem cerebrospinal fluid (CSF) samples divided into cohorts of four different causes of death, namely, cardiovascular fatalities, isoIated torso trauma, traumatic brain injury, and multi-organ failure, we were able to identify relevant differences in the metabolite profile between these individual groups. According to this preliminary assessment, we assume that information on biochemical processes is not gained by differences in the concentration of individual metabolites in CSF, but by a combination of differently distributed metabolites forming the perspective of a new generation of biomarkers for diagnosing (fatal) TBI and associated neuropathological changes in the CNS using CSF samples.
The aim of this study was to investigate if the biomarkers myelin basic protein (MBP) and neurofilament-H (NF-H) yielded informative value in forensic diagnostics when examining cadaveric cerebrospinal fluid (CSF) biochemically via an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and comparing the corresponding brain tissue in fatal traumatic brain injury (TBI) autopsy cases by immunocytochemistry versus immunohistochemistry. In 21 trauma and 19 control cases, CSF was collected semi-sterile after suboccipital puncture and brain specimens after preparation. The CSF MBP (p = 0.006) and NF-H (p = 0.0002) levels after TBI were significantly higher than those in cardiovascular controls. Immunohistochemical staining against MBP and against NF-H was performed on cortical and subcortical samples from also biochemically investigated cases (5 TBI cases/5 controls). Compared to the controls, the TBI cases showed a visually reduced staining reaction against MBP or repeatedly ruptured neurofilaments against NF-H. Immunocytochemical tests showed MBP-positive phagocytizing macrophages in CSF with a survival time of > 24 h. In addition, numerous TMEM119-positive microglia could be detected with different degrees of staining intensity in the CSF of trauma cases. As a result, we were able to document that elevated levels of MBP and NF-H in the CSF should be considered as useful neuroinjury biomarkers of traumatic brain injury.
Assessing protein biomarkers to detect lethal acute traumatic brain injuries in cerebrospinal fluid
(2021)
Diagnosing traumatic brain injury (TBI) from body fluids in cases where there are no obvious external signs of impact would be useful for emergency physicians and forensic pathologists alike. None of the previous attempts has so far succeeded in establishing a single biomarker to reliably detect TBI with regards to the sensitivity: specificity ratio in a post mortem setting. This study investigated a combination of body fluid biomarkers (obtained post mortem), which may be a step towards increasing the accuracy of biochemical TBI detection. In this study, serum and cerebrospinal fluid (CSF) samples from 30 acute lethal TBI cases and 70 controls without a TBI-related cause of death were evaluated for the following eight TBI-related biomarkers: brain-derived neurotrophic factor (BDNF), ferritin, glial fibrillary acidic protein (GFAP), interleukin 6 (IL-6), lactate dehydrogenase, neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL), neuron-specific enolase and S100 calcium-binding protein B. Correlations among the individual TBI biomarkers were assessed, and a specificity-accentuated threshold value analysis was conducted for all biomarkers. Based on these values, a decision tree modelling approach was performed to assess the most accurate biomarker combination to detect acute lethal TBIs. The results showed that 92.45% of acute lethal TBIs were able to be diagnosed using a combination of IL-6 and GFAP in CSF. The probability of detecting an acute lethal TBI was moderately increased by GFAP alone and considerably increased by the remaining biomarkers. BDNF and NGAL were almost perfectly correlated (p = 0.002; R\(^2\) = 0.944). This study provides evidence that acute lethal TBIs can be detected to a high degree of statistical accuracy using forensic biochemistry. The high inter-individual correlations of biomarkers may help to estimate the CSF concentration of an unknown biomarker, using extrapolation techniques.
Die quantitative Analyse der relativen DNA-Methylierung gilt als eine der vielversprechendsten Methoden der molekularen Altersschätzung. Viele Studien der letzten Jahre identifizierten geeignete Positionen im Genom, deren DNA-Methylierung sich altersabhängig verändert. Für den Einsatz dieser Methode in der Routine- bzw. Fallarbeit ist es von großer Bedeutung, angewandte Analysetechniken zu validieren. Als ein Teilaspekt dieser Validierung sollte die Vergleichbarkeit der Analyseergebnisse zur DNA-Methylierung mithilfe der Mini- und Pyrosequenzierung zwischen verschiedenen Laboren evaluiert werden. Die Arbeitsgruppe „Molekulare Altersschätzung“ der Deutschen Gesellschaft für Rechtsmedizin (DGRM) führte hierzu den ersten, technischen Ringversuch durch, der 4 Positionen in den Genen PDE4C, EDARADD, SST und KLF14 umfasste. Diese Marker waren in vorangegangenen Studien als altersabhängige Biomarker charakterisiert worden. Am Ringversuch nahmen 12 Labore teil, wobei jedes die Wahl zwischen der Minisequenzierung und/oder der Pyrosequenzierung für die quantitative Methylierungsanalyse hatte. Jedem teilnehmenden Labor wurden Blut- und Speichelproben von 3 Personen unterschiedlichen Alters übersandt. Die Wahl der Reagenzien für die Probenbearbeitung wurde den Teilnehmern freigestellt.
Die Ergebnisse der Minisequenzierung zeigten systematische Abweichungen zwischen den Laboren, die am ehesten auf die Verwendung unterschiedlicher Reagenzien und Analyseplattformen zurückzuführen sein können. Die Resultate der Pyrosequenzierung hingegen wiesen nicht auf systematische Abweichungen zwischen den Laboren hin, hier zeigte sich jedoch die Tendenz einer markerabhängigen Abweichung. Darüber hinaus konnten Unterschiede hinsichtlich technischer Probleme zwischen Laboren mit mehr Erfahrung in der jeweiligen Sequenzierungsmethode und Laboren mit weniger Erfahrung festgestellt werden. Sowohl die Beobachtung von systematischen als auch die von markerabhängigen Abweichungen lässt den Schluss zu, dass eine Übertragung von Analysemethoden zwischen Laboren grundsätzlich möglich ist, eine Anpassung des jeweiligen Modells zur Altersschätzung jedoch notwendig sein kann.
Mit der Entdeckung altersabhängiger epigenetischer Veränderungen, der DNA-Methylierung (DNAm), hat sich eine neue Möglichkeit aufgezeigt, das Alter eines Individuums zu schätzen. Die Methode wurde intensiv erforscht und ihre Anwendung in der forensischen Fallarbeit durch die Aktualisierung des § 81e der Strafprozessordnung (StPO) in Deutschland reguliert. Zur Untersuchung des DNAm-Grades müssen neue Techniken etabliert und validiert werden. Dies macht die Prüfung der Vergleichbarkeit von Messergebnissen aus verschiedenen forensischen Laboren erforderlich.
Hierzu führte die Arbeitsgruppe „Molekulare Altersschätzung“ der Deutschen Gesellschaft für Rechtsmedizin (DGRM) im Winter 2019/2020 den 2. Ringversuch (RV) zur quantitativen DNAm-Analyse mithilfe der Mini- und der Pyrosequenzierung durch. Dieser basierte auf den Erfahrungen des 1. RV 2018/2019, dessen Ergebnisse in dieser Ausgabe ebenfalls vorgestellt werden. Die aktuelle Studie umfasst Analyseergebnisse aus 12 Laboren (ingesamt 14 teilnehmende Labore), von denen einige beide Methoden angewandt haben. Zusätzlich führten 4 Labore eine Altersschätzung an den RV-Proben mit eigenen Markerkombinationen und Modellen durch. Da diese auf unterschiedlichen Referenzdaten und Markerkombinationen beruhen, erfolgte kein qualitativer Vergleich der Modelle, sondern das grundsätzliche Potenzial der Methodik wurde verdeutlicht. Ziele des RV waren die Evaluierung der Vergleichbarkeit der DNAm-Messungen und die Bewertung möglicher Einflussfaktoren, wie Extraktionsmethode und verwendetes Gerät.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich die gemessenen DNAm-Werte der untersuchten Marker sowohl zwischen Mini- und Pyrosequenzierung als auch innerhalb der jeweiligen Methode zwischen den Laboren unterscheiden können, sodass mit Schwankungen gerechnet werden muss.
Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Landmarke Pterion am menschlichen Schädel, morphometrisch untersucht wurden populationsspezifische und geschlechtsspezifische Unterschiede von vier verschiedenen Populationen.
Hierfür wurden digital vermessene Krotaphion-Sphenion-Distanzen (K-S-Distanz) für beide Seiten des Schädels von 124 afroamerikanischen Schädeln (männlich: 73, weiblich: 51), 664 euroamerikanischen Schädeln (männlich: 439, weiblich: 225), 89 deutschen Schädeln (männlich: 61, weiblich: 28) und 98 ruandischen Schädeln (männlich: 61, weiblich: 37) miteinander verglichen, um zu untersuchen, ob es einen statistisch signifikanten Unterschied bei der K-S-Distanz gibt. Dabei stellte sich heraus, dass es zwischen den Geschlechtern und den verschiedenen untersuchten Ethnien einen statistisch signifikanten Unterschied bei der K-S-Distanz gibt. Bei den weiblichen Schädeln zeigte die linke Seite mit einem Mittelwert von 13,28 mm (SD 5,25) und die rechte Seite mit einem Mittelwert von 12,5 mm (SD 4.80) eine kürzere Distanz als bei den männlichen Schädeln (links: 14,17 mm, SD 5,23, rechts: 13,53 mm, SD 5,22 mm). Im Independent T-Test zeigte sich auf beiden Seiten mit einem p-Wert < 0,05 ein statisch signifikanter geschlechtsspezifischer Unterschied.
Bei dem Vergleich zwischen den Ethnien zeigten die Schädel der deutschen Population die größte Asymmetrie, der Mittelwert für die K-S Distanz lag rechts bei 14,5 mm und links bei 15,6 mm. Somit ergibt sich eine Differenz von 1,1 mm. Die ruandische Population wies die kleinste mittlere K-S-Distanz bei einem Mittelwert für rechts und links von jeweils 8,7 mm auf und zeigten somit die stärkste Symmetrie in Bezug auf die K-S-Länge. Die ANOVA Analyse, die in dieser Studie durchgeführt wurde, ergab einen statistisch signifikanten Unterschied zwischen den einzelnen Populationen, sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite des Schädels. Überprüfte man in weiteren Analysen (Turkey HSD und Games-Howell-Test), wie die Gruppen abschneiden, wenn sie untereinander verglichen, so sah man, dass die afroamerikanische und die ruandische Population sich entweder von allen Gruppen oder nur von der euroamerikanischen und der deutschen Population unterscheiden. Genauso unterscheiden sich die euroamerikanische und deutsche Population entweder von allen Gruppen oder nur von der afroamerikanischen und ruandischen Population. Dieser Trend zeigt sich sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite.
Die durch diese Studie analysierten Unterschiede bei der K-S-Distanz bezüglich des Geschlechts und der Herkunft könnten in der weiteren Forschung hilfreich sein, um die Aussagekraft und Praktikabilität der Geschlechts- und Herkunftsdifferenzierung am Pterion zu verbessern. Gestützt von weiterer Forschung wäre ein Einsatz der K-S-Distanz für die Geschlechts- und Herkunftsdifferenzierung in Zweifelsfällen indiziert oder dann, wenn nur noch Reste des Schädels vorhanden sind. Auch wäre ein Einsatz möglich, wenn nur die Schläfe eines Schädels und damit das Pterion als Ganzes vorhanden wären.
Intrakranielle Blutungen sind im Säuglingsalter seltene, aber lebensbedrohende Ereignisse. Neben Gefäßmissbildungen, Stoffwechseldefekten sowie Störungen der Blutgerinnung kommen v. a. nichtakzidentielle Traumata, Schütteltrauma in Betracht. Die klinische Diagnostik umfasst hinsichtlich der Blutungsgenese neben Sonographie und MRT als apparatives Verfahren auch eine Fundoskopie sowie laborchemische Analysen, insbesondere der Gerinnungsparameter. Für die Blutgerinnung ist das fettlösliche Vitamin K essenziell: Frühe, klassische und späte Vitamin-K-Mangel-Blutungen werden dabei unterschieden. Um ein gehäuftes Wiederauftreten von Vitamin-K-Mangel-Blutungen bei Neugeborenen und jungen Säuglingen zu verhindern, bedarf es einer hinreichenden Aufklärung der Eltern. Eine Verweigerung der Prophylaxe scheint Folge einer weltanschaulich begründeten Ablehnung der Schulmedizin und ein zunehmendes Phänomen in wohlhabenden Industrieländern zu sein.
In this casuistry, two accidents from Germany and Switzerland are presented that happened during the shot of recoilless anti-tankweapons. In both cases, the injuries led to the death of two soldiers: A 22-year-old soldier in Germany was struck by the countermass of a so-called Davis gun which had been fired by a comrade during a firing exercise; he died from his severe injuries,especially in the abdominal part of the body. As a peculiarity of the wound morphology, it was found to be a thick-layered,metallic, gray material in the wound cavity, which corresponded to the material of the counter mass that was ejected opposite tothe shooting direction. The other case took place in Switzerland, where a 24-year-old soldier was seriously injured during anexercise with portable anti-tank rockets. At the time the shot was fired, he stood behind the launcher and was hit by the propulsionjet of the rocket motor. He died as well from his severe injuries, which were located at the chest done by the gas jet and by the veryhigh pressure. In both cases, two different causes of death were present: massive blunt violence in the first case versus a jet of hotgases of very high speed and temperature in the second case.