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Different effects of conditional Knock-Out of Stat3 on the sensory epithelium of the Organ of Corti
(2024)
The mammalian cochlea detects sound in response to vibration at frequency-dependent positions along the cochlea duct. The sensory outer hair cells, which are surrounded by supporting cells, act as a signal amplifier by changing their cell length. This is called electromotility. To ensure correct electrical transmission during mechanical forces, a certain resistance of the sensory epithelium is a prerequisite for correct transduction of auditory information. This resistance is managed by microtubules and its posttranslational modification in the supporting cells of the sensory epithelium of the cochlea. Stat3 is a transcription factor, with its different phosphorylation sites, is involved in many cellular processes like differentiation, inflammation, cell survival and microtubule dynamics, depending on cell type and activated pathway. While Stat3 has a wide range of intracellular roles, the question arose, how and if Stat3 is involved in cells of the organ of Corti to ensure a correct hearing.
To test this, Cre/loxp system were used to perform conditional Knock-Out (cKO) of Stat3 in outer hair cells or supporting cells either before hearing onset or after hearing onset. Hearing performances included DPOAE and ABR measurements, while molecular were performed by sequencing. Additionally, morphological examination was used by immunohistochemistry and electron microscopy.
A cKO of Stat3 before and after hearing onset in outer hair cells leads to hearing impairments, whereas synapses, nerve fibers and mitochondria were not affected. Bulk sequencing analyzation of outer hair cells out of cKO mice before hearing onset resulted in a disturbance of cellular homeostasis and extracellular signals. A cKO of Stat3 in the outer hair cells after hearing onset resulted in inflammatory signaling pathway with increased cytokine production and upregulation of NF-kb pathway. In supporting cells, cKO of Stat3 only after hearing onset resulted in a hearing impairment. However, synapses, nerve soma and fibers were not affected of a cKO of Stat3 in supporting cells. Nevertheless, detyronisated modification of microtubules were altered, which can lead to an instability of supporting cells during hearing.
In conclusion, Stat3 likely interact in a cell-specific and function-specific manner in cells of the organ of Corti. While a cKO in outer hair cells resulted in increased cytokine production, supporting cells altered its stability due to decreased detyronisated modification of microtubules. Together the results indicated that Stat3 is an important protein for hearing performances. However, additional investigations of the molecular mechanism are needed to understand the role of Stat3 in the cells of the organ of Corti.
Die Maus mit progressiver motorischer Neuropathie (PMN) ist ein Modell für eine vererbte motorische Neuropathie mit progressiver Neurodegeneration. Die Degeneration der Axone geht mit homozygoten Mutationen des TBCE- Gens einher, das für das Tubulin-Chaperon-E- Protein kodiert. TBCE ist für die korrekte Dimerisierung von Alpha- und Beta-Tubulin verantwortlich. Auffallend ist, dass die PMN-Maus nach dem normalen Beginn des Hörens auch einen progressiven Hörverlust entwickelt, der durch die Degeneration des Hörnervs und den Verlust der äußeren Haarzellen (OHC) gekennzeichnet ist. Die Entwicklung dieser neuronalen und cochleären Pathologie ist
Wirkung von peg-IGF-1 auf das auditorische System durch Behandlung ab dem 15. postnatalen Tag (p15). Die histologische Analyse ergab positive Auswirkungen auf die OHC-Synapsen der medialen olivocochleären (MOC) neuronalen Fasern und eine kurzfristige Abschwächung des OHC-Verlustes. Peg-IGF-1 war in der Lage, die Desorganisation der OHC-Synapsen bedingt wiederherzustellen und die Bereitstellung von cholinerger Acetyltransferase in den Präsynapsen aufrechtzuerhalten. Zur Beurteilung der auditorischen Funktion wurden frequenzspezifische Hirnstammreaktionen und otoakustische Emissionen mit Verzerrungsprodukten bei Tieren mit p21 und p28 aufgezeichnet. Trotz der positiven Auswirkungen auf die MOC-Fasern und die OHC konnte jedoch keine Wiederherstellung des Hörvermögens erreicht werden. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die synaptische Pathologie der efferenten MOC-Fasern in PMN-Mäusen eine besondere Form der "efferenten auditorischen Neuropathie" darstellt. Peg-IGF-1 zeigte eine otoprotektive Wirkung, indem es die Degeneration von OHCs und efferenten Synapsen verhinderte. Es sind jedoch verstärkte Anstrengungen zur Optimierung der Behandlung erforderlich, um nachweisbare Verbesserungen der Hörleistung zu erzielen.
Eine retrospektive Analyse laryngealer Vorläuferläsionen sowie deren Verlauf und Progressionsrisiko
(2023)
Hinter dem makroskopischen Bild einer Leukoplakie der Stimmlippen können sich verschiedene histopathologische Diagnosen, wie Hyper- oder Parakeratosen, unterschiedliche Dysplasieschweregrade oder ein invasives Karzinom, verbergen. Die Diagnose wird durch Exzision und histopathologische Beurteilung gestellt, gefolgt von einer Einteilung je nach Klassifikationssystem. Die existierenden Klassifikationssysteme sind in ihrer Aussagekraft bezüglich des Progressionsrisikos der verschiedenen Vorläuferläsionen und der daraus resultierenden Behandlungsempfehlung eingeschränkt. Die neue Einteilung der WHO aus dem Jahr 2017 unterscheidet „low-grade“ Dysplasien (ehemals Epithelhyperplasien und leichte Dysplasie) von „high-grade“ Dysplasien (ehemals mäßige- und schwergradige Dysplasien einschließlich des Carcinoma in situ).
In der vorliegenden Arbeit wurden insgesamt 392 Patienten mit laryngealen Vorläuferläsionen aus der Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde des Universitätsklinikums Würzburg untersucht. Es waren insbesondere Männer im Durchschnittsalter von 59,9 Jahren betroffen. Zudem wird ein Raucheranteil von 85,1 % beschrieben.
Im Verlauf entwickelten 57 Patienten (14,5%) ein invasives Karzinom. Mit steigendem Dysplasieschweregrad konnte eine zunehmende Entartungstendenz beobachtet werden. Patienten mit der initialen Diagnose einer Hyper- oder Parakeratose ohne Dysplasie (5,6%) bzw. einer leichtgradigen Dysplasie (8,9%) wiesen ein signifikant geringeres Entartungsrisiko auf als Patienten mit höhergradigen dysplastischen Veränderungen (p<0,001). Mäßiggradige (41%) und schwergradige Dysplasien (43,5%) bzw. Carcinomata in situ (54,5%) wiesen ein vergleichbar hohes Progressionsrisiko auf. Mäßige Dysplasien wurden in bisherigen Arbeiten bezüglich ihres Entartungsrisikos eher unterschätzt und oftmals mit den leichtgradigen Dysplasien in einer Gruppe zusammengefasst. Die aktuell erhobenen Daten weisen jedoch auf ein höher als ursprünglich angenommenes Entartungsrisiko hin, sodass aufgrund des hohen Progressionsrisikos die Aufnahme in die Kategorie der „high-grade“ Dysplasien gerechtfertigt scheint. Es lässt sich zudem beobachten, dass der Zeitraum in dem sich aus einer schwergradigen Dysplasie (45 Wochen) bzw. einem Carcinoma in situ (66,2 Wochen) ein Larynxkarzinom entwickelt, kürzer ist als der der mäßigen Dysplasien (117,1 Woche).
Weitere Studien sind erforderlich, um die neu gewonnen Erkenntnisse zu validieren, das neue Klassifikationssystem der WHO 2017 in die klinische Praxis zu integrieren und ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden Pathomechanismen zu entwickeln.
Tumore von Kopf und Hals gehen weiterhin mit einer schlechten Prognose einher. Im Rahmen einer operativen Therapie tritt Wundsekret (WS) aus, welches der Wundheilung dient. Dieses kann in Kontakt mit Tumorzellen bzw. Resttumor in der Wunde kommen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Frage nach dem Einfluss von Wundsekret auf Zellvermehrung, Chemoresistenzentwicklung, den Zellzyklus und die Induktion einer Epithelial-mesenchymalen Transition (EMT) in Tumorzellen von Kopf und Hals gestellt.
Hierfür wurde das WS von Tag1 und das WS von Tag 2 im Dotblot auf seine Zytokinzusammensetzung analysiert. Zwei Tumorzelllinien von Kopf und Hals, FaDu und HlaC78, wurden mit WSTag1 und WSTag2 behandelt und untersucht, welche Effekte das WS auf die Zellen hat.
Verwendet wurden ein Proliferationsassay, eine Zellzyklusuntersuchung und Apoptosetestung mittels FACS, eine PCR, ein Spheroidmodell und die Lichtmikroskopie.
Im WS wurden erhöhte Konzentrationen verschiedener Zytokine, insbesondere von IL-6, nachgewiesen. Gezeigt werden konnte eine gesteigerte Proliferationsrate der Tumorzellen unter WS-Behandlung, jedoch keine veränderte Verteilung der Zellzyklusphasen. In HlaC78-Zellen konnte eine vermehrte Vitalität nach Cisplatinbehandlung nachgewiesen werden. In beiden Tumorzelllinien fand sich eine vermehrte Exprimierung von Snail 1, Snail 2 und Vimentin. E-Cadherin wurde vermindert exprimiert. Twist und N-Cadherin wiesen keine Veränderungen auf. Es zeigte sich eine vermehrte Migration der Tumorzellen in die Umgebung. Die Zellen wiesen nach Behandlung mit WS vermehrt mesenchymale Zeichen auf. Es konnte kein Unterschied der Auswirkungen einer Behandlung mit WSTag1 im Vergleich zu einer Behandlung mit WSTag2 festgestellt werden.
Insgesamt scheint WS in Tumorzellen von Kopf und Hals einen EMT-artigen Prozess in Gang zu setzen, also eine partial EMT (pEMT).
Als mögliche Auslöser dieser Veränderungen kommen die im WS nachgewiesenen Zytokine und v. a. IL-6 in Frage.
Im Jahre 2011 wurden erstmals neuronale Stammzellen (NSCs) im Nucleus Cochlearis (N.C.) der Ratte beschrieben (Rak et al. 2011). Um diese Zellen besser zu charakterisieren, war das Ziel der vorliegenden Arbeit, die NSCs des N.C. im Hinblick auf ihre Maturation und Interaktion in neuronalen Netzwerken sowie auf die Möglichkeiten nichtinvasiver Beeinflussung dieser Zellen zu untersuchen und diese mit primären Neuronen des N.C. zu vergleichen. Für die Untersuchungen waren intrazelluläre Calcium-Ionen (Ca2+) von besonderem Interesse, da diese über spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle (VGCCs) und deren Spontanoszillationen indirekt die Aktivität und Differenzierung der Neurone widerspiegeln könnten.
Für die Analyse wurden N.C.s von P6 Ratten mikroskopisch präpariert und nach Dissoziation in Einzelzellen die NSCs für 8 Wochen in Stammzellmedium kultiviert oder direkt als primäre Neurone im Stammzellmedium ausplattiert.
Zur Vorbereitung der Untersuchungen fand eine Kultivierung der jeweiligen Zellen für 4 Tage in Differenzierungsmedium statt. Anschließend wurden sie für Calcium-Imaging-Messungen mit dem Ca2+-sensitiven Fluorophor Oregon Green BAPTA-1 beladen. Zum einen wurde eine Analyse der Grundaktivitäten innerhalb der Zellareale und im neuronalen Netzwerk im Verlauf der Maturation durchgeführt. Zum anderen fand am Tag 4 der Zelldifferenzierung (DIF d4) eine Untersuchung der qualitativen und quantitativen Verteilung von VGCCs über die Zugabe der Ca2+-Kanalinhibitoren Nifedipin, ω-Conotoxin MVIIC, Kurtoxin und SNX-482 statt. In jedem Fall wurden die Zellen anschließend mit PFA fixiert und immunzytologisch untersucht. Zudem wurde eine Markierung der VGCCs mit dem Antikörper anti-Ca2+-Channel-(1 Subunit)-Pan vorgenommen.
Innerhalb der Ergebnisse konnte eine Abhängigkeit der neuronalen Reifung von der Zellaktivität in Form von Ca2+-Strömen nachgewiesen werden. Hierfür zeigte sich ursächlich eine Variation im qualitativen und quantitativen Vorkommen von VGCCs und in ihrer Spontanaktivität innerhalb der Zellareale im Verlauf der neuronalen Maturation. NSCs zeigten ein ähnliches Verhalten wie primär kultivierte Neurone - sowohl bezüglich ihres Aktivitätsmusters während der Differenzierung als auch bezüglich ihrer Möglichkeit der Inhibierung, was auf eine ähnliche Expression von VGCCs hinweisen könnte. Die höchste Aktivität zeigte sich in beiden Fällen bei DIF d4. Die neurogene Nische, welche in der Literatur sowohl bei Ratten (Rak et al. 2011) als auch bei Mäusen (Volkenstein et al. 2013) im N.C. nachweisbar war, könnte somit zur Analysierung pathologischer Prozesse sowie auch zu deren Behandlung in Betracht gezogen werden.
Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Dissertation eine Charakterisierung des N.C. der Hörbahn in elektrophysiologischer und biochemischer Hinsicht erreicht werden. Die Ansätze dieser Arbeit könnten in Zukunft zu Therapieoptionen der Hörrehabilitation auf dieser Ebene beitragen.
Surgical management of lateral neck abscesses in children: a retrospective analysis of 100 cases
(2023)
Cervical abscesses are relatively common infections in pediatric patients. There is an ongoing debate about the necessity and time point of surgical drainage. The identification of a focus of infection might play an important role in facilitating a therapeutic decision. In a retrospective study, 100 pediatric patients aged 1–18 years who underwent incision and drainage of a lateral cervical abscess at our institution were analyzed. Patients were divided into two groups based on whether a focus of infection could be identified or not. Data collection included patient characteristics, microbiological results, antibiotic regimen, and clinical course. A focus of infection was found in 29% (29/100) of the patients, most frequently in the tonsils. A causative microorganism was found in 75% (75/100) of all patients, with Staphylococcus aureus and Streptococcus pyogenes being the most common pathogens. All patients received an empiric antibiotic therapy in addition to surgery. Antibiotic medication was changed in 31% in both groups (9/29 with a focus of infection and 22/71 without a focus of infection) during therapy. Children without an identified focus of infection generally were younger and had more comorbidities reducing immune response while also showing differences in the pathogens involved. There were no complications associated to surgery or antibiotic therapy in any of the patients involved.
Conclusion: Children with an identified focus of infection show several differences compared to those with isolated lateral abscesses, especially regarding the microorganisms involved. But the focus of infection seems not to have an impact on patient’s outcome.
What is Known:
• Neck abscesses are a relatively common disease in the pediatric population and may cause serious complications.
• Therapy in general consists of intravenous antibiotics with or without surgery.
What is New:
• The focus identification has no impact on patient’s outcome.
• Children with an identified focus of infection show several differences compared to those with isolated lateral abscesses, especially regarding their medical history, age, and the microorganisms involved.
Für die Cochlea-Implantat-Versorgung ist die Kenntnis der individuellen Anatomie der Hörschnecke im perioperativen Kontext essenziell, um ein suffizientes audiologisches Resultat sicherzustellen. Ein akkurates Verfahren hierfür stellt die 3D multiplanare Rekonstruktion (3D-curved MPR) in Schnittbildgebung dar. Notwendige Voraussetzung ist jedoch eine hinreichende Bildqualität. In dieser Arbeit wurde das Augenmerk auf die sekundäre Rekonstruktion von Primärdatensätzen der Flachdetektor-Volumen-Computertomographie (fpVCTSECO) gerichtet. Diese bietet nämlich die Möglichkeit, die Bildqualität zu steigern, ohne jedoch eine als kritisch einzuschätzende Dosissteigerung in Kauf nehmen zu müssen.
Es konnte gezeigt werden, dass es für die Messung der Länge von 2 Schneckenwindungen (2TL), der gesamten cochleären Länge (CDL) und dem Winkelmaß (AL) mittels 3D-curved MPR in der fpVCT keinen signifikanten Unterschied gegenüber der Mehrschicht-CT gibt. In beiden Modalitäten wurden alle drei Parameter gegenüber der Referenzbildgebung micro-CT deutlich unterschätzt. Durch die fpVCTSECO war es möglich, die Genauigkeit der Messungen zu steigern und den Werten der Referenz anzunähern. Lediglich für AL muss eine geringfügige systematische Unterschätzung beachtet werden.
Postoperativ zeigte sich mit einliegendem Elektrodenträger für 2TL eine ebenso präzise Messung wie präoperativ ohne. Jedoch wurde die CDL um circa 0,5 - 0,7 mm unterschätzt. Ursächlich hierfür dürften vor allem Metallartefakte gewesen sein. Auch wenn die 3D-curved MPR in Kombination mit der fpVCTSECO postoperativ zur Visualisierung der räumlichen Beziehung von Elektrodenträger, Modiolus und ossärer lateraler Wand sehr gut geeignet war, so muss sich der Einfluss dieser Diskrepanz für die audiologische Anpassung in Zukunft erst noch zeigen.
Trotz langjähriger klinischer Erfahrung, vielen Untersuchungen und Studien, ist die korrekte Diagnosestellung eines Morbus Menière immer noch schwierig. Diagnostische Mittel sind vor allem eine ausführliche Anamnese, die ECOG, Tonaudiogramm und der Ausschluss anderer Innenohrerkrankungen. Betroffene erleiden häufig Schwindelanfälle, Tinnitus, Ohrdruck und verlieren an Hörvermögen. Der progressive Verlauf dieser Erkrankung lässt sich meist nur verlangsamen. Häufig startet die Therapie funktionserhaltend-medikamentös mit Betahistin und Antiemetika, im weiteren Verlauf sind meist operative Eingriffe wie die Saccotomie nötig. Dabei wird der Saccus endolymphaticus aufgesucht, geschlitzt und mittels Silikondreieck offengehalten, um damit eine Entlastung des endolymphatischen Systems zu schaffen. Zeigt sich nur wenig Besserung kann destruierend fortgefahren werden. Hierbei sind vor allem die Gentamycin-Therapie und die Neurektomie oder Labyrinthektomie Mittel der Wahl.
Diese Untersuchung hatte das Ziel eine weitere diagnostische Methode zu finden, um die MM-Diagnose zu sichern und eine Prognose in Bezug auf die Therapie mittels Saccotomie zu liefern. Im Fokus stand hierbei der vestibuläre Aquädukt, welcher bereits in vielen Arbeiten auffällig in Form und Lage bei MM-Patienten gewesen war. Vor allem der Bezug des Aquäduktes zu den Bogengängen und dessen Länge wurden in der vorliegenden Studie genauer betrachtet. Dies geschah durch Messungen anhand von CT-Bildern. Der Winkel zwischen den Bogengängen und dem VA und die Länge des VA wurde gemessen und ausgewertet. Dies wurde zur Bestätigung der Methode, sowohl an menschlichen Felsenbeinpräparaten mit qualitativ unterschiedlichen CT-Aufnahmen als auch an Patienten durchgeführt. Dabei konnte man keine signifikanten Unterschiede innerhalb der verschiedenen CT-Aufnahmen der Felsenbeinpräparate feststellen.
Mit Bestätigung der Reliabilität dieser Methode wurden dann Patienten untersucht. Dabei wurden zwei Gruppen gebildet, Nicht-MM- und MM-Patienten. Die Nicht-MM bestanden aus Patienten mit einem Akustikusneurinom der Gegenseite oder einem Cochlea-Implantat, welche keinen MM aufwiesen. Die MM-Patienten wurden alle mit einer Saccotomie behandelt und hatten damit einen gesicherten MM. Die Auswertung der Messergebnisse stellte dar, dass bei MM-Betroffenen die Länge mit durchschnittlich 7,9 mm im Vergleich mit Nicht-Betroffenen-VA (9,5 mm), signifikant reduziert war. Auch die Ergebnisse der Winkelmessung zeigte bei allen Bogengängen signifikante Unterschiede.
Um die Ergebnisse der Winkelmessung besser zu kategorisieren, wurde der VA-Score erstellt. Dieser vereinigt die Ergebnisse der drei Bogengänge zu einem Wert von 1 bis 8. Auch hier erwiesen sich die MM-Patienten als auffällig, da sich diese im VA-Score 2 mit 44% häuften. Im Gegensatz dazu waren die Ergebnisse der nicht Erkrankten breiter verteilt.
Zur weiteren Auswertung zählten außerdem die anamnestischen Daten und der Verlauf der Saccotomie. Dadurch konnte der Erfolg der Behandlung bestimmt und diese mit den Untersuchungen des VA des jeweiligen Patienten korreliert werden. Dabei stellte sich heraus, dass vor allem bei VA mit hohen Winkeln und sehr kurzen VA die Erfolgsquote geringer war.
Damit könnte also ein Zusammenhang zwischen Form und Lage des VA und Therapie bestehen. Um dies sicher zu bestätigen, braucht es noch mehr Patienten und eine klinisch zugelassene Software, die diese Messungen durchführen kann. Hierbei ist vor allem eine gute Bildgebung des Innenohrs wichtig, um den VA optimal messen zu können. Um die Messungen schnell und zuverlässig durchführen zu können, wäre eine Software, welche die Messungen automatisch durchführen kann, ein möglicher Ansatz. Die ausführliche Voruntersuchung wird jedoch weiterhin notwendig sein, um MM sicher zu diagnostizieren.
The medial geniculate body (MGB) is a nucleus of the diencephalon representing a relevant segment of the auditory pathway and is part of the metathalamus. It receives afferent information via the inferior brachium of the inferior colliculus and transmits efferent fibers via acoustic radiations to the auditory cortex. Neural stem cells (NSCs) have been detected in certain areas along the auditory pathway. They are of great importance as the induction of an adult stem cell niche might open a regenerative approach to a causal treatment of hearing disorders. Up to now, the existence of NSCs in the MGB has not been determined. Therefore, this study investigated whether the MGB has a neural stem cell potential. For this purpose, cells were extracted from the MGB of PND 8 Sprague-Dawley rats and cultured in a free-floating cell culture assay, which showed mitotic activity and positive staining for stem cell and progenitor markers. In differentiation assays, the markers β-III-tubulin, GFAP, and MBP demonstrated the capacity of single cells to differentiate into neuronal and glial cells. In conclusion, cells from the MGB exhibited the cardinal features of NSCs: self-renewal, the formation of progenitor cells, and differentiation into all neuronal lineage cells. These findings may contribute to a better understanding of the development of the auditory pathway.
Due to the wide variety of benign and malignant salivary gland tumors, classification and malignant behavior determination based on histomorphological criteria can be difficult and sometimes impossible. Spectroscopical procedures can acquire molecular biological information without destroying the tissue within the measurement processes. Since several tissue preparation procedures exist, our study investigated the impact of these preparations on the chemical composition of healthy and tumorous salivary gland tissue by Fourier-transform infrared (FTIR) microspectroscopy. Sequential tissue cross-sections were prepared from native, formalin-fixed and formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) tissue and analyzed. The FFPE cross-sections were dewaxed and remeasured. By using principal component analysis (PCA) combined with a discriminant analysis (DA), robust models for the distinction of sample preparations were built individually for each parotid tissue type. As a result, the PCA-DA model evaluation showed a high similarity between native and formalin-fixed tissues based on their chemical composition. Thus, formalin-fixed tissues are highly representative of the native samples and facilitate a transfer from scientific laboratory analysis into the clinical routine due to their robust nature. Furthermore, the dewaxing of the cross-sections entails the loss of molecular information. Our study successfully demonstrated how FTIR microspectroscopy can be used as a powerful tool within existing clinical workflows.