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Administration of PGF 2IX (0.2-6.4 J.lg) into the lateral cerebral ventricle (i.c.v.) induced dosedependent increases in blood pressure , heart rate and body temperature in urethane-anaesthetised rats, but had no effect on these parameters when the same dose range was administered intravenously. Peripheral pretreatment with sodium meclofenamate (50 mg/kg s.c.) sltifted all the dose-response curves for PGF 2IX (i.c.v.) to the left, but indomethacin (50 mg/kg s.c.) did not significantly affect those changes. Central pretreatment with sodiurn meclofenamate or indomethacin (1.25 mg per rat i.c.v.) failed to modify significantly the effects of centrally administered PGF 2IX' The results support previous suggestions that PGF 2IX may participate in the central control of the cardiovascular and thermoregulatory systems, and also suggest that there may be differences in the sites and/or modes of action between sodiurn meclofenamate and indomethacin.
Prostacyclin (PGI2) induced a dose-dependent decrease in blood pressure with slight increases in heart rate and body temperature, when administered at the doses of 0.1-100 ~g into the lateral cerebral ventricle (i.c.v.) of the urethane-anaesthetised rat. When the same doses were administered intravenously, both the blood pressure and heart rate decreased. Central pretreatment wib~ sodiurn meclofenamate (1 mg/rat i.c.v.) antagonised the central hypotensive effect of PGI2 but i.c.v. pretreatrnent of the rats with indomethacin (1 mg/rat) failed to affect the PGI 2-induced hypotension. Central pretreatment with two histamine H2-receptor antagonists, cimetidine (500 ~g/rat i.c.v.) or metiamide (488 ~g/rat i.c.v.), antagonised the blood pressure lowering effect of 0.1 ~g dose of PGI2 but failed to affect the hypotension induced by higher PGI2 doses. Therefore the main central hypotensive effect of PGI2 seems not to be associated with the stimulation of histamine H2 -receptors in the brain. The hypotensive effect of i.c.v. administered PGI2 appears to be due to an action upon the central nervous system rather than to a leakage into the peripheral circulation. This assurnption is supported by the fact that sodiurn meclofenamate i.c.v. antagonised the effect of PGI 2. In addition, the chronotropic response to i.c.v. PGI2 was opposite to that induced by intravenous administration. The results also suggest that there may be differences in the mode of action between sodiurn meclofenamate and indomethacin.
Prostag1andin F\(_{2\alpha}\) (PGF\(_{2\alpha}\)) is one of the most common metabo1ites of arachidonic acid (M) in rat brain. When administered intracerebroventricularly (i.c.v.) to rats, both AA and PGFal exert dose-related hypertensive, tachycardic and hyperthermic effects. Metabolie alterations in the endogenaus formation of some prostaglandins in the brain-stem of spontaneously hypertensive rats (SHR) have been reported. Therefore the central effects of AA and PGF \(_{2\alpha}\) on blood pressure, heart rate and body temperature were studied both in SHR and nonootensive Wistar rats (NR) under urethane-anaesthesia. The hypertensive effect of AA i.c.v. (0.01-100 \(\mu\)g/rat) was larger in magni tude in SHR than in NR, but there was no significant difference in the M-induced changes of heart rate and body temperature between the groups. Pretreatment of NR wi th soditm1 :meclofenamate (1 mg/rat i.c.v.) antagonised the central effects of M indicating that these effects are not due to M itself but to its conversion to prostaglandins. Unlike the effects of AA, the central hypertensive, tachycardic and hyperthennic responses to PGF\(_{2\alpha}\) (0.5-50 l-lg/rat i.c.v .) were significantly attenuated in SHR. The present results obtained with M are conpatible with the previous assumption that the synthesis of prostaglandins in the brain of SHR might differ from that in NR. The results also demonstrate that the central effects of PGF\(_{2\alpha}\) are reduced in SHR.
Prostaglandin E2 (PGE2) increased the blood pressure, heart rate and body temperature, when administered at the doses ofO.OOI-IO,ug into the lateral cerebral ventricle (i.c.v.) of the urethane-anesthetised rat. The highest dose of 10 ,ug/rat induced a strong initial hypotensive effect. lntravenously (i.v.), PGE2 at the doses of 0.01-10 ,ug/rat caused a biphasic blood pressure response with dose-related initial decreases followed by slight increases in blood pressure. The heart rate and body temperature were slightly increased by i.v. administrations of PGE2 . The highest i.v. dose of 10 ,ug/rat initially decreased also the heart rate. Central pretreatment with indomethacin ( I mg/rat i.c.v.) partly antagonised all of the recorded central effects of PGE2 , while sodium meclofenamate (I mg/rat i.c. v.) abolished the hypertensive response to i.c. v. administered PGE2 but failed to significantly affect the PGE2-induced rises of heart rate and body temperature. The results support the previous suggestions that PGE2 may participate in the central cardiovascular and thermoregulatory contro!. The results also suggest that indomethacin and sodium meclofenamate antagonize the effects of exogenous prostaglandins. Since sodium meclofenamate, unlike indomethacin, affected preferentially the hypertensive response to centrally administered PGE2 , there may be differences in the sites and/or modes of action between these drugs.
Prostaglandin D2 (PGD2) is the most common prostaglandin type of tile rat brain. Recently a neurornodulator role for PGD2 has been suggested. In the present work the central cardiovascular and thermal effects of PGDz were studied in urethane-anaesthetised rats. Mlen adrndnistered at the doses of 0.001-10 ~g/rat into the lateral cerebral ventricle(i.c.v.), PGD2 slightly increased the blood pressure, heart rate and body ternpera~ ure. The highest dose caused also an initial hypotensive effect. Upon lntravenous injections PGD2 (0.1-10 ~g/rat) initially decreased and then weakly increased the blood pressure but had only negligible effects on heart rate and body temperature. Central pretreatment with sodium meclofenamate or indomethacin (1 mg/rat i.c.v.) antagonised effectively all the recorded central effects of PGD2. The central cardiovascular and thermal effects of PGD2 were much weaker than those obtained earlier with other prostaglandins, such as PGF2alpha and PGE2.. Therefore, in spite of its abundance in the brain PGD2 may not be very important for the central cardiovascular and thermal regulation in the rat.
In addition to the endocrine effects, the thyrotropin releasing hormone (TRH) is known to induce dose-dependent increases in blood pressure and heart rate after intracerebroventricular (i.c.v.) administration in urethane-anaesthetised rats (1, 2). The a~ of the present study was to investigate whether TRH has similar effects in conscious rats of various strains i.e. spontaneously hypertensive rats (SHR), normotensive Wistar-Kyoto (WKY) and Wistar (NR) rats.
Thromboxanes are abundantly present in the rat brain but their possible physiological functions in the brain are not known. The prostaglandin endoperoxide analogue U-46619 is a selective agonist of TxA2 receptors in many peripheral tissues. In the present study the ·central cardiovascular and ventilatory effects of U-46619 were investigated in rats. In conscious spontaneously hypertensive rats (SHR) U-46619 (1-100 nmol/kg i.c.v.) induced a strong dose-related increase in blood pressure but had no significant effect on heart rate. In conscious normotensive rats (NR) neither blood pressure nor heart rate was significantly affected. Furthermore, U-46619 (0.1-100 nmol/kg i.c.v.) had no significant effect on blood pressure, heart rate or ventilation in urethane-anaesthetised NR . The results demonstrate an increased sensitivity of SHR to TxA2.
Cardioventilator responses were studied in anaesthetized rats after injections of TRH into either the lateral (i.c.v. lat) or the fourth (i.c.v. IV) cerebral ventricles. TRH induced a morerapid hypertensive effect i.c.v. IV than i.c.v. lat. Blocking of the cerebral aqueduct abolished the hypertensive and tachypnoeic effects of TRH i.c.v. lat but not those of TRH i.c.v. IV. It is concluded that TRH increased blood pressure and ventilation rate via brain stem structures close to the fourtli ventricle.
ln the present study the effects of thyrotropin releasing hormone (TRH) and its stable analogue, CG3703, on cardiac output (thermodilution, Cardiomax) and regional blood flow (BF; directional pulsed Doppler technique) were investigated in hypovolemic hypotension in the rat. In urethan-anesthetized rats TRH (0.5 or 2 mg/ kg ia) or CG3703 (0.05 or 0.5 mg/kg ia) reversed the bleeding (27% of the blood volume)-induced decreases in mean arterial ...
The acute effect ofT-2 toxemia on local blood flow and vascular resistance in hindquarter. mesenteric. and renal vascular beds was continuously measured by the directional pulsed Doppler technique in conscious, male Sprague-Dawley rats. Intravenous injection ofT-2 toxin (I mg/kg) in the conscious rat reduced blood flow and increased vascular resistance in all blood vessels studied but had no significant effect on mean arterial pressure or heart rate. The blood flow in hindquarters gradually decreased to a minimum of -77 ± 9% (mean ±SE) 6 hr after the toxin injection. The hindquarter vascular resistance concomitantly increased to a maximum value of + 323 ± 69% above thc resistance before toxin administration. Mesenteric and renal blood flow initially increased (slightly) and then gradually decreased. The maximum drop of blood flow, -90 ± 13% and -76 ± 13% for the mesenteric and renal vascular beds, respectively, was achieved 4 hr after T-2 toxin injection and the blood flow values remained low for up to 6 hr. Simultaneously with the impairment of
The cardiovascular and endocrine activity of three analogs of thyrotropin releasing hor.mone (TRH), 4-nitro-imidazole TRH (4-nitroTRH), 2-trifluoro-methyl-imidazole TRH (2-TFM-TRH) and 4-trifluoromethyl- imidazole TRH (4-TFM-TRH), was compared to TRH in conscious rats. Injection of TRH or the three analogs (1 mg/kg or 5 mg/kg) into the arterial line induced increases in mean arterial pressure, pulse pressure and heart rate and raised plasma prolactin (PRL). None of the analogs were more potent than TRH in inducing cardiovascular changes. The 4-TFM-TRH was significantly less potent than the 2-TFM-TRH in increasing blood pressure, while the nitro-TRH was more potent than the 2-TFM-TRH in producing tachycardia. TRH induced a two-fold increase in PRL at the 5 mg/kg dose, while both the fluorinated analogs elici ted a 4 to 5 fold increase in PRL at the higher dose. The present results suggest that the receptors for TRH-elicited PRL release differ from TRH-receptors involved in its cardiovascular actions.
The endogenous opioid system has been reported to depress the cardiovascular system during shock states, since naloxone, a potent opiate antagonist, enhances recovery of hemodynamic variables in various shock states. However, the effect of naloxone on long-term survival of experimental animals exposed to hypovolemic hypotension is not clear. The present studies tested the capacity of various doses of naloxone to protect conscious rats from mortality following various bleeding paradigms. In addition, the effect of morphine on survival of rats exposed to hemorrhage was also examined. In the six different experimental protocols tested, naloxone treatments failed to improve short- or long-term survival; in fact, naloxone treatment reduced short-term survival in two of the experimental protocols. Morphine injection, however, enhanced the mortality of rats exposed to hemorrhage in a dose-dependent manner. It is concluded that while opiates administered exogenously decrease survival after acute bleeding, naloxone has no protective action in such states and, like morphine, it may decrease survival in some situations.
Trichothecenes are mycotoxins which produce Iethai toxicosis in humans and animals, yet no adequate therapeutic regimen has been developed. This study provides evidence that the selective platelet activating factor (PAF) antagonist, BN 52021 (5-15 mg/kg i.v.) can prolong the survival of conscious rats exposed to a highly Iethai T -2 toxicosis. These data also suggest that P AF is an important mediator of this unique toxicosis.
This review is an attempt to highlight evidence that may implicate the endogenaus opioid system in the pathogenesis of hypertension in humans. The evidence raised includes biochemical, physiological, pharmacological, and behavioral studies con~ucted in in vitro andin vivo systems, experimental models of hypertension, and hornans with essential hypertension. While the compelling biochemical and pharmacological evidence in experimental animals clearly shows the presence of opioid peptides and their receptors in strategic sites of cardiovascular control and potent cardiovascular response to opioid peptides, opioid antagonists show no consistent blockade or reversal of hypertension in experimental animals or humans. One possible explanation for this phenomenon could be the vast redundancy in systems regulating blood pressure (i.e., the blockade ofone system stillleaves many other systerils fully able to rapidly offset the eliminated system). Regarding the opioid system, the situation is much more complex, since some opioid receptors (\(\mu\)-type) niediate pressor responses, while other receptors (\(\kappa\)type) mediate depressor responses. Therefore, nonselective opioid receptor antagonists (e.g., naloxone), which block both types ofreceptors, can be devoid ofany cardiovascular activity, while a selective \(\mu\)-receptor antagonist or a selective arid potent \(\kappa\)-receptor agonist may produce the desired antihypertensive elfect. A combination of both actions (i.e., a drug that is both \(\mu\)antagonist and a \(\kappa\)antagonist) might be even more advantageous. Until such compounds are developed, this hypothesis will be hard to prove.
The endogenous opioid system includes three major families of peptides: dynorphins (derived from pre-proenkephalin B), endorphins (derived from pre-proopiomelanocortin), and enkephalins (derived from pre-proenkephalin A). Multiple species of opioid peptides are derived from these major precursors and many of them possess potent cardiovascular properties. Opioid peptides and opioid receptors, of which multiple forms have been defined, are present in the central nervous system and peripheral neural elements. In the central nervous system, opioid peptides and receptors are found in forebrain and hindbrain nuclei involved in baroregulation, sympathoadrenal activation, and several other vital autonomic functions. In the periphery, opioid peptides are found in autonomic ganglia, adrenal gland, heart, and other organs; multiple opioid receptors are also found in vascular tissue, heart, and kidneys. Although little is known to date on the regulatory mechanisms of the opioid system in normal cardiovascular states, it became clear that cardiovascular stress situations substantially modify the activity of the endogenous opioid system. The purpose of this review is to clarify the sites of interaction of the opioid system with all major components of the cardiovascular system and indicate the potential role of this system in the ontogenesis of cardiac malfunction, vascular diseases, and hypertension.
Enkephalins and their receptors are found in neurons and nerve terminals known to be involved in central cardiovascular control as well as the peripheral sympathetic and parasympathetic systems. Enkephalins and opioid receptors were also iden tified in the heart, kidneys, and blood vessels. The enkephalins interact with several specific receptors, of which p, 0, and K have been best characterized. Enkephalins administered to humans or animals produce cardiovascular effects which depend on the spedes, route of administration, anesthesia, and the selectivity for receptor subtype. While little information exists on the role of enkephalins in normal cardiovascular control, current data suggest that enkephalins might have a role in cardiovascular stress responses such os in shock and trauma.
Thyrotropin releasing hormone (TRH, I-pyroglutamyl-l-histidyl-l-prolinamide) was the fIrst hypothalamic releasing SUbstance to be isolated, chemically characterized and synthetized /1/. The studies to date have revealed that the thyrotropin release from the pituitary gland is only one of the numerous actions of TRH. In addition to its endocrine actions (TSH and prolactin release) this tripeptide has central nervous system actions totally unrelated to its effects on the hypothalamo-pituitary axis. This review aims to summarize the studies on the central nervous system' actions of TRH with special emphasis on the autonomic pharmacology of this peptide.
Thyrotropin releasing hormone (TRH), 10 pmol kg-1 injected in the region of locus coeruleus, caused a rapid (within 1 min) rise of mean arterial pressure in the urethane- naesthetized rat. No clear-cut effects in heart rate or ventilation were observed. When TRH was injected into the lateral ventricle, a dose more than 10-fold higher was required to achieve a comparable rise in arterial pressure. It is concluded that TRH may have a physiological rote in centrat cardiovascular regulation.
Tbe mechanisms mediating the etl'ects ofthyrotropin-releasing hormone (TRH) on the cardiovascular system were studied in the conscious rat. Intracerebroventricolar (i.c. v.) injection of TRH (8 pmol-80 nmollkg) induced dose-dependent lncreases in mean arterial pressure, heart rate, and cardiac index. Rindquarter blood Oow increased due to vasodilation, while an lncrease in renal and mesenteric vascular resistance caused a decrease in blood Oow in the respective organs. The plasma Ievels of norepinephrine a~d epinephrine were increased by TRH, while there was no change in plasma renin activity or vasopressin. Tbe cardiovascular actions of i.c. v. TRH were not in.fluenced by blockade of the renin-angiotensin system or vasopressin receptors. Tbe ganglion blocker chlorisondamine and the a 1- aod al-adrenoreceptor antagooist phentolamlne (2 mg/kg i.v.) abolished the increase in blood pressure and mesenteric vasoconstriction after i.c. v. TRH. Propranolol (2 mg/kg i. v.) blocked the TRH-ioduced increase in cardiac index, heart rate, and hindquarter blood flow. The hindquarter vasodllatlon lnduced by TRH was also blocked by the selective ß1-adrenocept9r antagonist ICI 188,551 (1 or 2 mg/kg i.v.), while tbe ,8,-adrenoceptor blocker practolol (10 mg/kg i.v.) had no eft'ect on the hindquarter vasodiJation produced by TRH but totally blocked the increase in cardiac Index. In adrenal demedullated rats, the systemic hemodynamic eft'ects ofi.c. v. TRH were dimlnished along with the decrease in renal blood flow and lncrease in renal vascular resistance; however, the iocrease in hfndquarter blood flow was attenuated only in adrenal demedullated rats pretreated with the sympathetlc blocker bretylium. The renal vasoconstriction induced by i.c. v. TRH was not abolished by renal denervation. In sinoaortic debufl'ered rats, the pressor, tachycardic, and mesenteric vasoconstrictor responses to centrally administered TRH were significantly potentiated. Taken together, these data soggest that the putative rieurotransmitter TRH may play a role in central regulation of cardiac functions and organ blood flow distribution through both tbe sympathetic nerves and the adrenal medulla. A pivotal roJe for ß1-adrenoceptors in mediation ofhindquarter vasodilation ls also demonstrated.
N-Acetyl-leukotriene E\(_4\) administered to conscious freely moving rats produced a dose-dependent vasoconstriction in the mesenteric vessels which led to profound reduction of blood flow to the gut. Renal and hindquarter blood flow and vascular resistance were not affected even by high doses of N-acetyl-leukotriene E\(_4\) . N-Acetyl-leukotriene E\(_4\) was 10-fold more potent than the thromboxane analog U-46619 and 1000-fold more potent than prostaglandin F\(_{2a}\) but 2-5-fold less potent than leukotriene D\(_4\)/E\(_4\) to induce mesenteric vasoconstriction. These data indicatc that N-acetylleukotriene E\(_4\) is a biologically active metabolite of peptide leukotrienes, and might play a role in cardiovascular derangements mediated by leukotrienes.
Lipoxin A (LXA\(_4\)) and lipoxin B\(_4\)(LXB\(_4\)) are newly discovered lipoxygenase-interacting products of leukocytes which might have a role in cardiovascular events associated with anaphylaxis. We have tested this possibility by systemic administration of both LXA\(_4\) and LXB\(_4\) to the conscious rat while monitaring systemic and regional hemodynamic changes. LXA\(_4\) and' LXB\(_4\) (l-100 pg/kg) produced dose-dependent constriction of the mesenteric vessels, up to + 123±23% and +50±9% for LXA\(_4\)/B\(_4\) , respectively. Dose-related changes were not observed in arterial blood pressure, heart rate, renal (LXB\(_4\)) and hindquarter blood ftow. We suggest that LXA\(_4\) and LXB\(_4\) might affect selective vascular beds, such as the mesenteric vessels, and contribute to variations in blood flow in specific pathophysiological states.
The endogenous opioid system includes three major families of peptides [22): dynorphins (derived from pre-proenkephalin B); endorphins (derived from pre-proopiomelanocortin) and enkephalins (derived from pre-proenkephalin A). Multiple species of opioid peptides are derived from these major precursors and many of them possess potent cardiovascular properties. Multiple forms of opioid receptors have been defined in the central nervous system. Although the relationship of these receptors to the multiple actions of the opioid systems is not weil understood, some predications can be made: in vitro the dynorphin-related peptidesbind preferentially to kappa-opioid receptors; the enkephalins bind preferentially to delta and JL-opioid receptors and while beta-endorphin binds to mu- and delta-, but not to kappa-opioid receptors. While littleis known on the roJe ofthe opioid system in normal cardiovascular regulation, it has become clear that cardiovascular stress situations substantially modify the activity ofthe endogenous opioid system. This review focuses on the mu-opioid system in the hypothalamus with special emphasis on its potential roJe in cardiovascular control of both normal and pathophysiologic states.
Stroke risk factors prepare rat brainstem tissues for a modified localized Shwartzman reaction
(1988)
Stroke risk factors such as hypertension, diabetes, advanced age, and genetic predisposition to stroke were demonstrated to prepare rat brainstem tissues for a modified local Shwartzman reaction. A single intracisternal injection of endotoxin provoked the reaction, and affected rats manifested neurologie deficits accompanied by pathologie lesions. Brainstem infarcts developed in only a small proportion of rats without recognized risk factors after intracisternal injection of endotoxin. Thus, stroke risk factors, whieh are ordinarily regarded as operating through acceleration of atherosclerosis, may predispose to brain ischemia by local effects on brain mierocirculation such as those thought to underlie preparation of a tissue for the local Shwartzman reaction.
The effects of i.c.v. administered dermorphin, a highly selective \(\mu\)-opioid agonist, on cardiac function and renal, mesenteric and hindquarter blood ftow were studied in conscious rats. Core temperature, blood gases, arterial plasma levels of norepinephrine, epinephrine, dopamine, 3,4-dihydroxyphenylalanine and dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) also were examined. Cardiac output was rneasured using a thermodilution technique and regional blood ftows using directional pulsed Doppler velocimetry. Dermorphin, at doses of 0.1-100 nmol/kg, increased blood pressure and hindquarter blood flow, renal and mesenteric resistance, and core temperature. Higher doses (1-5 \(\mu\)mol/kg) caused respiratory depression, acidosis, and shock despite profaund sympatho-adrenomedullary stimulation. Circulating Ieveis of catecholamines were significantly increased at the dermorphin doses of 0.1-1 00 nmol/kg. At the 100 nmol/kg dose, plasma levels of epinephrine, norepinephrine, the dopamine metabellte dihydroxyphenylacetic acid and the catecholamine precursor 3,4,-dihydroxyphenylalanine were increased by 2-15-fold. The data indicate that mu opioid receptor Stimulation exerts potent effects on cardiorespiratory functions, activates the sympathoadrenomedullary system and produces a pattem of blood flow changes consistent with the stress-induced •detense· response (skeletal muscle vasodilation and splanchnic vasoconstriction). Excessive mu opioid receptor Stimulation Ieads to shock due to respiratory and hemodynamic collapse.
The capacity of L-649,923-sodium ( ßS, -yR * )-4-(3-( 4-acetyl-3-hydroxy-2-propylphenoxy)propylthio)-- y-hydroxy-ß-methylbenzene butanoate-to block vascular receptors of leukotriene D\(_4\) ( L TD\(_4\)) was examined in the conscious rat. Hindquarter (HQ), renal, and mesenteric blood flow and vascular resistance were evaluated in the conscious rat chronically equipped with miniaturized Doppler probes for organ blood flow measurement by directional pulsed Doppler technique. In addition, cardiac outpul was measured by thermodilution technique in conscious rats equipped with minithermistors in the ascending aorta. Systemic hemodynamic variables. mean arterial pressure, and heart rate were monitored through femoral catheters. L TD\(_4\) (I or 10 \(\mu\)g/kg) produced a marked dose dependent increase in the mesenteric vascular resistance associated with a marked decrease in blood flow whereas no consistent effects were demonstrated in the renal circulation. L TD\(_4\) • at I \(\mu\)g/kg. increased the HQ blood flow whereas the higher dose of LTD\(_4\) produced a biphasic response: an early increase followed by a decrease in blood flow. Infusion of L TD\(_4\) • 3 \(\mu\)g/kg per min over 10 min decreased cardiac output and increased total peripheral resistance. L-649,923 (10 or 30 mg/kg, i.v.) effectively blocked the L TD4-induced mesenteric constriction and the second I phase of HQ vasoconstriction but did not modify the , LTD\(_4\) induced HQ vasodilation. L-649,923 also effectively attenuated the cardiac effects of LTD\(_4\) infusion. I These studies suggest that L-649,923 could preserve cardiac and vascular functions in pathologic states mediated by cysteinylleukotrienes, such as traumatic or endotoxin shock. Key Words: Leukotriene D4 -Cardiovascular system- Leukotriene antagonist- Mesenteric blood tlow-Renal blood flow-Hindquarter blood flowAnaphylaxis.
We have previously reported that analgesic doses of morphine accelerate mortality of rats exposed to hemorrhage (Feuerstein and Siren: Circ Shock 19:293-300, 1986). To study the potential mechanisms involved in this phenomenon, rats were chronically implanted with catheters in the femoral vessels and morphine (1.5 or 5 mg/kg) was administered 30 min or 24 hr after bleeding (8.5 mll300 g over 5 min) while arterial blood pressure and heart rate were continuously monitored. Furthermore, the effect of morphine (5 mg/kg) on cardiac output (CO) response to hemorrhage was studied in rats chronically equipped with a mini thermistor for CO monitoring by a thermodilution technique. In addition, plasma catecholamines (HPLC), plasma renin activity (PRA, RIA), vasopressin (RIA), pH, and blood gases were also determined. Morphine administration 30 min after hemorrhage produced a pressor response and tachycardia which were in marked contrast to its depressor effect in intact rats. Morphine elevated PRA and epinephrine but not vasopressin, while blood pH and gases showed no consistent change as compared to salinetreated hemorrhaged rats. Morphine given after the bleeding resulted in enhanced cardiac depression in response to a second bleed of 2 m1l300 g. Our data suggest that activation of pressor mechanisms by morphine during hypovolemic hypotension might enhance vasoconstriction in essential organs, depress cardiac function, and further reduce effective tissue perfusion.
Cardiovascular Effects of Anatoxin-A in the Conscious Rat. SJREN, A.-L., AND FEUERSTEIN, G. (1990). Toxicol. Appl. Pharmacol. 102,91-100. The effects ofanatoxin-A on mean arterial pressure (MAP), heart rate, cardiac index (CI), and blood flow (BF) in hindquarter (HQ), renal (R). and mesenteric (M) vascular beds were studied after intravenous (iv) and intracerebroventricular (icv) administration in the conscious rat. The pharmacological profile of anatoxin-A was further compared to nicotine administered iv and icv. MAP and heart rate were measured from femoral artery, CI by thermodilution method, and blood flow by Doppler velocimetry. Anatoxin-A and nicotine (30, 100 and 300 1-!g/kg iv) produced an increase in MAP with concomitant bradycardia. The highest doses increased Cl. MBF and RBF decreased due to a vasoconstriction in M and R vasculature. These effects were attenuated by the ganglion blocker chlorisondamine (5 mg/kg, iv). Anatoxin-A ( 100 1-!g/k~ iv) increased plasma epinephrine Ievels by 2- fold with virtually no effect on norepinephrine whereas nicotine ( 100 ~oLg/kg, iv) increased plasma epinephrine and norepinephrine by 20- to 30-fold. Central administration of anatoxin-A and nicotine (30-100 ,ug/kg icv) increased MAP with no effect on heart rate and produced M and R vasoconstriction. In summary, the present study demonstrates that anatoxin-A acts as a nicotinic cholinergic agonist in the c.onscious rat after both systemic and centrat administration. Anatoxin-A and nicotine produced pressor and reno-splanchnic vasoconstrictor responses and at high doses increased cardiac output. These effects were mediated by activation ofthe nicotinic receptors in the adrenal medulla and sympathetic ganglia. However, marked differences were found in the potency ofanatoxin-A versus nicotine to stimulate the sympathoadrenomedullary axis.
The selective opioid mu receptor agonist dermorphin increased the locomotor activity of rats dose dependently at 1 0 to 1 00 pmol/kg i.c.v. Respiratory rate, relative tidal volume and respiratory minute volume also increased unrelated to changes in locomotor activity. Higher doses, on the other hand, produced catalepsy and respiratory depression. Pretreatment of the rats with the mu,-selective antagonist naloxonazine (10 mg/kg i.v.) blocked the stimulant locomotor and respiratory effects of low doses of dermorphin (1 0--1 00 pmol/kg), but potentiated the respiratory depressant effect of a high dose (1 0 nmol/kg) of dermorphin. The selective benzodiazepine antagonist flumazenil (5 mg/kg), which has been shown previously to antagonize catalepsy and respiratory depression produced by relatively high doses of dermorphin, did not antagonize the respiratory or locomotor stimulant effect of dermorphin. The data suggest that mu\(_1\)-opioid receptors are responsible for the low dose stimulant effects of dermorphin on locomotor activity and respiration whereas mu\(_2\) receptors mediate the respiratory depressant effect of dermorphin.
The present study was performed to qua ntify the distribution of a peptide neurotransmitter after microinjection into the medial preoptic area (POM), using a technique suitable for conscious animal preparations. The results indicate that only 50-ni volumes of injected tracer were sufficiently localized with 77 ± 9% recovery in the POM. Injections of higher volumes resulted in an increasing spread of tracer into distant anatomical regions and structures, including the needle tract and cerebral ventricles. The amount of tracer localized in the POM decreased to 38±4% (200 nl) (P < 0.05) and 41 ±8% (500 nl) (P <0.05), respectively. The data suggest that the volume of injection is critical for intraparenchymal injections into structures of a diameter of I mm or less, such as the POM and should not exceed 50 nl in conscious animal preparations.
We used a sensitive silver degeneration staining method to study the effects of insertion of microdialysis probes in rat dorsal hippocampus and neocortex. Nine animals were sacrificed 24 h, 3 days or 7 days after implantation of dialysis tubing. Although mild neuronal cell death and small petechial hemorrhages were seen in elose proximity to the implantation site, the striking finding was the presence of degenerating axons both adjacent to the implantation site and in remote sites such as the corpus callosum and contralateral hippocampus. The observed changes could alter brain function near or remote from the implantation site and should be considered in analysis of dialysis experiments.
CARDIOVASCULAR and vasopressin (A VP) responses to hcmorrhagc wcrc studicd in rats with lesions of the hypothalamic supraoptic nuclei (SONL). Bleeding caused hypotension and increase in heart rate (HR) and A VP. SONL rats failed to fully recover from bleeding as compared to normal rats. Plasma A VP in SONL rats was in the normal in basal conditions, but failed to increase to levels attained in normal rats throughout the post-hemorrhage period. These data suggcst that the supraoptic nuclei are the primary regulatory sitcs for A VP release in rcsponse to hemorrhage and that lack of adequate A VP release significantly retards blood pressure recovery after bleeding.
The effect of the selective \(\mu\)-opioid agonist o-Ala\(^2\)-Me-Phe\(^4\)-Gly-ol'-enkephalin (DAGO), injected into the medial preoptic nucleus of hypothalamus, on cardiac output and regional blood flow was studied in the conscious rat and the effect of DAGO on renal sympathetic nerve activity and renal blood flow was studied in anesthetized rats. In conscious rats, injections of DAGO (1 or 10 nmol) into the preoptic nucleus increased the blood pressure in a dose-related manner. The maximum rises of mean arterial pressure and pulse pressure after the larger dose were +23 ± 5 mmHg (mean ±SEM, P < 0.01) and + 17 ± 3 mmHg(P < 0.01), respectively. A small dose (0.1 nmol) increased heart rate ( +47 ± 13 bpm, P < 0.05); thc 1 nmol dosc produced bradycardia (- 39 ± 11 bpm, P < 0.05), while the 10 nmol dose initially decreased heart rate ( -68 ± 15 bpm (P < 0.01) and then gradually increased heart rate to a maximum of + 74 ± 13 bpm, (P < 0.0 1). A long-lasting increase in cardiac output was also elicited by DAGO, with maximum changes after 1 and 10 nmol of + 14 ± 6% and +22 ± 7% (P < 0.01), respectively. B1ood flow in the hindquarters increascd after DAGO but the mesenteric and renal blood ftow decreased in a dose-related manner. Significant responscs in hindquarter and mesenteric blood fl.ow after DAGO were independent of systemic hemodynamic responses at the dose ofO.l nmol. The vascular resistance in the hindquarters significantly decreased after a small dose of DAGO while the larger doses dose-dependently increased mesenteric and renal vascular resistance. A crucial role of the sympathetic nervous system in the hemodynamic effects of DAGO was demonstrated: (1) by the profound activation of renal sympathetic nerve activity after injections of DAGO (I nmol/100 nl) into the preoptic nucleus, (2) by blockade of the pressor, tachycardic and regional hemodynamic effects of DAGO (I nmol) by the ganglion blocker ch1orisondamine (5 mg/kg i.v.). The results suggest that the pressor effect of DAGO in preoptic nucleus is due primarily to an increase in cardiac output. The differential changes in blood ftow in organs further suggest that the opioid \(\mu\)-receptors in the preoptic nucleus might be involved in the integration of peripheral blood ftow in the hypothalamus during affective behavior.
Thyrotropin-releasing hormonewas shown to exert potent ventilatory effects after centrat administration. These data, however, were derived from studies using anesthetized animal preparations. Since TRH elicits strong arousal reactions, the observed ventilatory effects of TRH under anesthesia may have been due to nonspecific reduction in the anesthetic state of the animals. In order to clarify the extent to which the reversal of anesthesia may change ventilatory parameters after TRH application, we investigated the effect of TRH on Ventilation rate, relative tidal volume, relative respiratory minute volume, CO\(_2\) production CO\(_2\) consumption, and locomotor activity in the conscious, unrestrained rat. Intracerebroventricular application of TRH induced a dose-dependent, sustained increase in ventilation rate, relative tidal volume, and relative respiratory minute volume of maximally 128%, 890%, and 235%, respectively. In addition, CO\(_2\) production and O\(_2\) consumption were elevated by 4.6 and 11.7 fold, whiJe no significant changes in locomotor activity were observed. The results suggest that TRH stimulates ventilation by a mechanism independent of its analeptic properties.
A Goldfish Model for Evaluation of the Neurotaxicity of \(\omega\)-Conotoxin GVI A and Screening of Monoclonal Antibodies. ADEYEMO, 0. M .. SHAPIRA, S., TOMBACCINI, D., POLLARD, H. 8 .• FEUERSTEIN, G .. AND SIREN, A-L. ( 1991 ). Toxicol. App/. Pharmaco/. 108, 489-496. The neurotoxicity of \(\omega\)-conotoxin (\(\omega\)-CgTx), a potent neuronal voltage-sensitive calcium channel blocker, was measured using a new bioassay. \(\omega\)-CgTx was administered intraperitoneally (ip) to goldfish weighing approximately 1.6 g, and dose-related changes were observed over a 2-hr period. \(\omega\)CgTx induced time- and dose-dependent abnormal swimming behavior (ASB) and mortality. The antitoxin activity of the antiborlies was investigated in vivo by either ( l) preincubation of the antibody with w-CgTx at 4°C overnight, or (2) pretreatment with antibody, 30 min before \(\omega\)CgTx injection in a 10:1 antibody/\(\omega\)-CgTx molar ratio. The LD50 dose of \(\omega\)-CgTx in goldfish was 5 nmol/kg ip, and preincubation of monoclonal antibody (50 nmol/kg ip) with \(\omega\)-CgTx (5 nmol/kg ip) significantly (p < 0.05) reduced mortality. ASB, and toxicity time. The antitoxin activity of the monoclonal antiborlies evidenced in the goldfish bioassay was further tested in the conscious rat. In the rat, the increases in mean arterial pressure and heart rate induced by \(\omega\)-CgTx (0.03 nmol/rat icv) were significantly (p < 0.02 and p < 0.0 l, respectively) attenuated by preincubation of the toxin with the antibody (0.3 nmol/rat). We conclude that the goldfish bioassay provides a simple. accurate, and inexpensive in vivo model for the study of the toxicity of \(\omega\)CgTx
The present study was performed in order to evaluate the effects of the selective 02- adrenoceptor antagonist 6-chloro-2,3,4,5-tetrahydro-3-methyl-1H-3-benzazepine (SK&F 86466) on dermorphin-induced analgesia, respiratory depression and inhibition of locomotor activity in the conscious rat. Intracerebroventricular (icv) administration of dermorphin (3 nmol/rat) decreased respiration rate and relative ventilatory minute volume maximally by 38 % and 50 % of baseline respectively. SK&F 86466 dose-dependently reversed the dermorphin-induced depression of ventilatory parameters, while SK&F 86466 exerted no effect on dermorphin-induced analgesia or depression of locomotor activity due to catalepsia. It appears, therefore, that a 2-adrenoceptors selectively interact with Jl2-opioid-receptor mediated effects, such as respiratory depression, but are not involved in the modulation of Jl,-opioid-related effects, such as supraspinal analgesia and depression of locomotor activity.
The possibility that \(\mu\)Opioid-induced tachycardia and bradycardia could be mediated by different subtypes of the \(\mu\)·receptor was studied in conscious Sprague-Dawley rats. The selective \(\mu\)·receptor agonist dermorphin and its analog, TAPS (Tyr-o-Arg-Phe-sarcosine), a putative \(\mu _1\)-receptor agonist, were given centrally. Tyr-o-Arg-Phe-sarcosine increased the heart rate, the response being inversely correlated to the dose (an increase of 71 ± 22, 49 ± 14 and 30 ± 17 beats/min at doses of 0.3, 3 and 30 pmol, respectively). Dermorphin induced less clear changes in heart rate (maximum increase of 39 ± 14 beats/min at the dose of 1 pmol). Aftertreatment with the Jl 1-selective antagonist naloxonazine (NAZ), TAPS 30 pmol and dennorphin I pmol decreased heart rate by -22 ± 10 and -24 ± 7 bpm, respectively. The bradycardic effect oflarger doses of dennorphin was potentiated by NAZ (from -25 ± 8 to -97 ± 22 bpm) but abolished by the non-selective antagonist naloxone. These data suggest that the high affinity \(\mu _1\)-opioid receptors mediate tachycardic responses and \(\mu _2\)-receptors mediate bradycardic responses.
Cardio-respiratory changes and mortality in the conscious rat induced by (+)- and (±)- anatoxin-a
(1992)
0. M. ADEYEMO and A.-L. SIREN. Cardio-respiratory changes and mortality in the conscious rat induced by ( + )- and ( ± )-anatoxin-a. Toxicon 30, 899-905, 1992.-Anatoxin-a (AnTx-a) isapotent nicotinic cholinergic receptor agonist. The relative potencies of the ( + )-AnTx-a and the racemic mixture ( ± )-AnTxa were investigated in the conscious rat by comparing their effects on mean arterial blood pressure (BP), heart rate (HR), blood oxygen and carbon dioxide pressures (p02 and pC02, respective1y), acid-base balance (pH) and mortality. The present experiments show that while both forms of AnTx-a produce dose-dependent increases in BP and decreases in HR, ( + )-AnTx-a is about IO-fo1d morepotent than the optically inactive isomer. ( + )-AnTx-a was also 6-fo1d more potent than ( ± )-AnTx-a in produclog severe hypoxemia, and more than 4-fold as potent as the (±}-AnTx-a in producing significant hypercapnia accompanied with severe acidosis. The approximate median Iethai dose (Ln so) of ( + )-AnTx-a was about 5-fold less than that of ( ± )-AnTx-a. We conclude that ( + )-AnTx-a is more potent than the ( ± )-AnTx-a racemic mixture in causing detrimental cardio-respiratory changes and therefore increased mortality in the rat.
Opioid peptidesandmultiple opioid receptors are found in brain cardiovascular nuclei, autonomic ganglia, the heart, and blood vessels, and opioids induce potent cardiovascular changes. The role of endogenaus opioids in normal cardiovascular homeostasis is unclear; however, current data suggest opioid involvement in stress.
The amounts of tissue factor (TF) expressed by brain microvascular endothelial cells (BMECs) from normotensive Wistar-Kyoto rats (WKY) and spontaneously hypertensive rats (SHR) were compared after stimulating the cells with different doses of lipopolysaccharide (LPS), thrombin, phorbol myristic acid (PMA), Ca\(^{2+}\)·ionophore (A23187), or tumor necrosis factor (TNF) and interleukin·l (IL.l). Treatment ofcultured BMECs fron. WKY and SHR with all of these factors dose·dependently increased their total amount of TF; no substantive differences in the Ieveis of enhanced TF expression were observed between WKY and SHR BMECs. We conclude that stimulated endothelium from rats with hypertension, a major stroke risk factor, is not hyperresponsive with respect to TF expression when compared to normotensive controls.
Background and Purpose: We reported previously that stroke risk factors prepared the brain stem for the development of ischemia and hemorrhage and induced the production of tumor necrosis factor following an intrathecal injection of Iipopolysaccharide, a prototypic monocyte-activating stimulus. This study evaluates whether blood or brain cells of hypertensive rats produce more proinflammatory and prothrombotic mediators than do blood or brain cells of normotensive rats. MethotJs: Levels of tumor necrosis factor, platelet-activating factor, 6-ketoprostaglandin F1a, and thromboxane B2 in the cerebrospinal fluid and blood of spontaneously hypertensive and normotensive Wistar-Kyoto rats were monitored before and after achallenge with Iipopolysaccharide. Results: Little or no activity from these media tors was found in the cerebrospinal fluid or blood of saline-injected control animals. Intravenous administration of Iipopolysaccharide (0.001, 0.1, and 1.8 mg/kg) produced dose-dependent increases in blood levels of all mediators in hypertensive rats. In normotensive rats the levels were less than in hypertensive rats and were not c1early dose-related. When Iipopolysaccharide was injected intracerebroventricularly, more tumor necrosis factor was measured in the cerebrospinal fluid than in the blood, suggesting local synthesis of this cytokine. Levels of tumor necrosis factor and platelet-activating factor in the cerebrospinal fluid were higher in hypertensive than in normotensive rats. The thromboxane A2/prostacyclin ratio was not aItered significantly between the two rat strains. Conclusions: It is suggested that the higher incidence of brain stem ischemia and hemorrhage after the intrathecal injection oflipopolysaccharide in hypertensive rats than in normotensive rats might be related to the higher levels of the two cytotoxic factors tumor necrosis factor and platelet-activating factor produced in response to such challenge.
lnteractions of p-opioid receptors with the benzodiazepine system were studied by examining the modulatory effects of flumazenil (a benzodiazepine antagonist) and alprazolam (a benzodiazepine agonist) on the respiratory effects ofthe opioid peptide dermorphin. Dermorphin, 1-30 nmol administered i.c.v., to conscious, unrestrained rats decreased ventilation rate (VR) and minute volume (MV) dose-dependently. The ventilatory depression was antagonized by naloxone and by the benzodiazepine antagonist flumazenil. The benzodiazepine alprazolam potentiateri the respiratory inhibition of a small (I nmol) dose of dermorphin but antagonized that of a higher dos:~ (3 nmol). The results suggest that the benzodiazepine/GABA receptor complex modulates respiratory depression induced by centrat p-receptor Stimulation in the rat.
Tyr-o-Arg\(^2\)-Phe-sarcosine\(^4\) (TAPS), a mu-selective tetrapeptide analog of dermorphin, induced sustained antinociception and stimulated ventilatory minute volume (MV) at the doses of 3 to 100 pmol i.c.v. The doses of 30 and 100 pmol i.c.v. induced catalepsy. The effect of TAPS on MV was in negative correlation with the dose and the maximal response was achieved by the lowest (3 pmol) dose (+63 ± 23%, P < .05). Morphine, an agonist at both mu\(_1\) and mu\(_2\) sites, at a dose of 150 nmol i.c.v. (equianalgetic to 100 pmol of TAPS decreased the MV by 30%, due to a decrease in ventilatory tidal volume. The antinociceptive effect of TAPS was antagonized by naloxone and the mu, receptor antagonist, naloxonazine. Naloxonazine also attenuated the catalepsy produced by 1 00 pmol of TAPS i.c. v. and the respiratory Stimulation produced by 3 pmol of TAPS i.c.v. Pretreatment with 30 pmol of TAPS antagonized the respiratory depression induced by the mu opioid agonist dermorphin (changes in MV after dermorphin alone at 1 or 3 nmol were -22 ± 1 0% and -60 ± 9% and, after pretreatment with TAPS, +44 ± 11 % and -18 ± 5%, respectively). After combined pretreatment with naloxonazine and TAPS, 1 nmol of dermorphin had no significant effect on ventilation. In contrast, pretreatment with a low respiratory stimulant dose (10 pmol i.c.v.) of dermorphin did not modify the effect of 1 nmol of dermorphin. ln conclusion, the antinociceptive, cataleptic and respiratory stimulant effects of TAPS appear to be a related to its agonist action at the mu, opioid receptors. TAPS did not induce respiratory depression (a mu\(_2\) opioid effect) but antagonized the respiratory depressant effect of another mu agonist. Thus, in vivo TAPS appears to act as a mu\(_2\) receptor antagonist.
The effect of 6-chloro-2,3,4,5-tetrahydro-3-methyi-1-H-3-benzazepine (SKF 86466), a selectlve nonimldazoline alpha-2 adrenoceptor antagonlst, on hippocampal re1ease of norepinephrine and dopamlne in conscious rats was lnvestigated by /n vlvo mlcrodialysis and high-pressure liquid chromatography. Additionally, extracellular concentrations of hippocampal dopamine (DA) and norepinephrtne (NE), durtng Infusion of selective monoamine uptake Inhibitors, were determined in freely moving rats. The basal concentration of NE in the dialysate was 4.9 ± 0.3 pg/20 pl. lntravenous admlnistratlon of 5 or 10 mgJkg of SKF 86466 was associated wlth a transierlt inc:rease (30 min) of 2-fold (12 ± 1 pg/20 ,d; p < .05) and 8-fold (39 ± 3 pg/20 pl; p < .05), respectlvely, in dlalysate NE, whereas a 1-mgfkg dose had no effect. DA was not detected in basal dlalysates, but after the adminlstratlon of 5 or 10 mgJkg of SKF 86466, 3.9 ± 0.4 and 6.4 ± 0.6 pg/20 pl, respectlvely, was present in the dialysates. The rnaxlmum increase in dialysate DA was reached 60 to 90 min after SKF 86466. The DA was not derived from plasma because plasma NE was elevated after the 5 mgJkg dose of SKF 86466 whereas no plasma DA was detected. ln order to determlne whether DA was present in noradrenergic nerve termlnals, the dopamine ß-hydroxylase Inhibitor SKF 1 02698 was administered (50 mgJkg i.p.). The Inhibitor decreased dialysate NE but DA was stin not detected in the dialysate. When SKF 86466 (5 mgJkg t.v.) was adminlstered 4 hr after SKF 102698, DA appeared in the dialysate but there was no lncrease in dialysate NE. Administration through the dialysis probe of the DA uptake Inhibitor, GBR-12909 (0.1 and 1 pM), dose-dependently lnaeased DA Ieveis to 5.7 ± 1.2 and 9.6 ± 2.8 pg/20 pl, respectively. GBR-12909 had no effect on hippocampal NE. Desipramine (5 and 10 pM) lncreased dose-dependently dialysate NE and lncreased DA concentrations to detectable Ieveis (2.7 ± 0.5 and 3.5 ± 0.7 pg/20 ,d, respectively). These results suggest that the a/pha-2 adrenoceptors modulate both NE and DA release in the rat hlppocampus and that DA detected in the hlppocampal dialysate might be released from dopaminergic neurons.
Background and Purpose: We earlier reported that risk factors for stroke prepare brain stem tissue for a modified Shwartzman reaction, incIuding the development of ischemia and hemorrhage and the production of tumor necrosis factor-a, after a provocative dose of lipopolysaccharide. In the present study, we sought to determine whether blood and central nervous system cells of rats with the stroke risk factor of advanced age produce more proinflammatory and prothrombotic media tors than do those of young rats of the same strain. Methods: Levels of tumor necrosis factor-a and platelet activating factor in the cerebrospinal fluid and tumor necrosis factor-a in the serum of 2-year-old and 16-week-old Sprague-Dawley rats were monitored before and after challenge with lipopolysaccharide. Results: No consistent tumor necrosis factor-a activity was found in the cerebrospinal fluid or blood of control animals. Intravenous administration of lipopolysaccharide (1.8 mg/kg) increased serum tumor necrosis factor-a levels but had no effect on tumor necrosis factor-a in the cerebrospinal fluid. Serum tumor necrosis factor-a increased much more in aged rats than in young rats. When lipopolysaccharide was injected intracerebroventricularly, tumor necrosis factor-a activity in cerebrospinal fluid increased significantly more in old rats than in young rats. Baseline levels of platelet activating factor in cerebrospinal fluid were significantly higher in old rats than in young rats, and the levels increased to a greater degree in aged rats on stimulation. Conclusions: Rats with the stroke risk factor of advanced age respond to lipopolysaccharide with a more exuberant production of tumor necrosis factor-a and platelet activating factor than young rats of the same strain. These findings are consistent with our working hypothesis that perivascular cells are capable of exaggerated signaling of endothelium through cytokines such as tumor necrosis factor-a in animals with stroke risk factors. The effect of such signaling might be to prepare the endothelium of the local vascular segment for thrombosis or hemorrhage in accord with the local Shwartzman reaction paradigm.
Background and Pur pose: Interleukin-1ß is a proinftammatory cytokine produced by blood-borne and resident brain inftammatory cells. The present study was conducted to determine if interleukin-1ß mRNA was produced in the brain of rats subjected to permanent focal ischemia. Methods: Rat interleukin-1ß cDNA, synthesized from stimulated rat peritoneal macrophage RNA by reverse transcription and polymerase chain reaction and c10ned in plasmid Bluescript KS+, was used to evaluate the expression of interleukin-1ß mRNA in cerebral cortex from spontaneously hypertensive rats and normotensive rats subjected to permanent middle cerebral artery occlusion. Interleukin-1ß mRNA was quantified by Northern blot analysis and compared with rat macrophage RNA standard. To correct for gel loading, blots were also analyzed with cyclophilin cDNA, which encodes an abundant, conserved protein that was unchanged by the experimental conditions. Results: Interleukin-1ß mRNA produced in the ischemic zone was significantly increased from 6 hours to 120 hours, with a maximum of211±24% ofinterleukin-1ß reference standard, ie, 0.2 ng stimulated rat macrophage RNA, mRNA compared with the level in nonischemic cortices (4±2%) at 12 hours after ischemia (P<.OI; n=6). Interleukin-1ß mRNA at 12 hours after ischemia was markedly elevated in hypertensive rats over levels found in two normotensive rat strains. Neurological deficits were also apparent only in the hypertensive rats. Conclusions: Brain interleukin-1ß mRNA is elevated acutely after permanent focal ischemia and especially in hypertensive rats. These data suggest that this potent proinflammatory and procoagulant cytokine might have a role in brain damage following ischemia.
Lipopolysaccharidc (LPS)-induced (i.v. or i.c.v., 1.8 mg/kg) release of von Willebrand factor (vWF) ·was examined in spontaneously hypertensive (SHR) and normotensive Wistar-Kyoto (WKY) rats. SHR rats releascd significantly (P < 0.05) more vWF than WKY rats in response to LPS. LPS also inhibited factor VIII procoagulant activity (FVIII: c) which may indicate an increase in thrombin activity. Cultured cerebrovascular endothelial cells (EC) derived from both SHR and WKY rats, as weil as human umbilical vein EC (HUVEC) cultures constitutively released vWF. Treatment with agonists including LPS, thrombin and tumor necrosis factor-a (TNFa) did not affect the in vitro secretion of vWF by cerebrovascular EC cultures but significantly upregulated vWF release by HUVEC cultur~s. Preincubation of cerebrovascular EC cultures with interleukin-1 OL-l) ± TNFa or co-culturing in the presence of LPS-activated syngeneic monocytes had no effect on vWF secretion. The findings demoostrate that conditions of hypertension may affect endothelial cells and make them more responsive to agonist Stimulation and thereby increase secretion of vWF, an important factqr in hemostasis as weil as thrombosis. The capacity of LPS to significantly affect the in vivo secretion of vWF in SHR and WKY rats but not cultured cerebrovascular EC indicates that observed elevations in plasma vWF were not derived from cerebrovascular EC. lt is suggested that hypertension may function as a risk factor for thrombotic stroke by influencing factors involved in coagulation processes, such as vWF and factor VIII : c.
The expression of intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) was studied in rat focal ischemic cortex. A significant increase in ICAM-1 mRNA expression in the ischemic cortex over Ievels in contralateral (nonischemic) site was observed by means of Northern blot analysis following either permanent or temporary occlusion with reperfusion of the middle cerebral artery (PMCAO or MCAO with reperfusion) in spontaneously hypertensive rats. In the ischemic cortex, Ievels of ICAM-1 mRNA increased significantly at 3 h (2.6-fold, n = 3, P < 0.05), peaked at 6 to 12 h (6.0-fold, P < 0.01) and remained elevated up to 5 days (2.5-fold, P < 0.05) after PMCAO. The profile of ICAM-1 mRNA expression in the ischemic cortex following MCAO with reperfusion was similar to that following PMCAO, except that ICAM-1 mRNA was significantly increased as early as 1 h (6.3-fold, n = 3, P < 0.05) and then gradually reached a peak at 12 h (12-fold, P < 0.01) after reperfusion. ICAM-1 mRNA expression in ischemic cortex following PMCAO was significantly greater in hypertensive rats than in two normotensive rat strains. Immunostaining using anti-ICAM-1 antiborlies indicated that upregulated ICAM-1 expressionwas localized to endotheIial cells of intraparenchymal blood vessels in the ischemic but not contralateral cortex. The data suggest that an upregulation of ICAM-1 mRNA and protein on brain capillary endothelium may play an important rote in leukocyte migration into ischemic brain tissue.
The numbers of monocytes and macrophages in the walls of cerebral blood vessels were counted on perfusion-fixed frozen brain sections (16 JLffi) of spontaneously hypertensive rats (SHR), stroke-prone SHR (SHR-SP), normotensive Wistar-Kyoto (WKY) rats, and young (16-week-old) and old (2-year-old) normotensive Sprague-Dawley rats (SD-l6w and SD-2y, respectively) using monoclonal antiborlies against rat macrophages (ED2). The staining was visualized with fluoresceinlabeled second antiborlies. The ED2-specific staining in brain sections was restricted to macrophages in a perivascular location. The number of perivascular cells per square millimeter of high-power field was significantly greater in SHR-SP (8.6 ± 2.1; n = 4) and SHR (6. 7 ± 0.9; n = 6) than in normotensive WKY (4.0 ± 0.5; n = 6; p <0.01). The number of perivascular macrophages was also greater in SD-2y (7.5 ± 2.7; n = 9) than in SD-l6w (2.9 ± 1.8; n = 8; p < 0.01). No ED2 staining was found in the resident microglia or in the endothelial cells, which were identified by double staining with rhodamine-labeled anti-factor VIII-related antigen antiborlies. The results suggest that the stroke risk factors hypertension and advanced age are associated with increased subendothelial accumulation of monocytes and macrophages. This accumulation could increase the tendency for the endothelium to convert from an anticoagulant to a procoagulant surface in response to mediators released from these subendothelial cells.
The intercellular adhesion of circulating leukocytes to vascular endothellum ls a prerequisite for leukocyte emigration from the blood to extravascular tlssues. This process is facllltated by adhesion molecules on the surfaces of both the vascular endothelial cells and the leukocytes. The experiments presented here demonstrate for the first time that the leukocyte adhesion receptor, intercellular adhesion molecule-1, is constitutively expressed on cultured cerebromicrovascular endothelial cell lines derived from both spontaneously hypertensive (SHR) rats and normotensive WistarKyoto (WKY) rats. Both cultures contained simliar numbers of cells constitutively expressing this adhesion molecule (31.4% and 29.6%, respectlvely). Adhesion molecule expression was up-regulated by interleukin-1 ß, tumor necrosis factor-a, interferon-y and lipopolysaccharide in a dose- and time-dependent manner. Both cultures exhibited similar maximum levels of adhesion molecule up-regulation to optimal concentrations of all three cytokines. However, SHR endothelial cells were moresensitive to all three cytokines; significantly higher levels of intercellular adhesion molecule-1 expresslon were seen on SHR as opposed to WKY endothelial cells cultured with sub-optimal cytokine concentrations. It was also observed that lipopolysaccharide up-regulated intercellular adhesion molecule-1 expression on SHR endothelial cells to a greater extent than on WKY endothelial cells.
The findings that intercellular adhesion molecule-1 can be up-regulated to a greater degree on SHR endothelial cells may have important implications for in vivo perivascular leukocyte accumulation under hypertensive conditions. These observations indicate a possible mechanism by which hypertension may predispose to the development of disorders such as atherosclerosis and stroke.
In der vorliegenden Arbeit wurde das biologische Verhalten von Medulloblastomen unter dem Einfluss neurotropher Faktoren untersucht. Diese verwendeten Neurotrophine wirken innerhalb der untersuchten Medulloblastom-Zellinien und –Primärkulturen in unterschiedlicher Weise auf Proliferation, Migration und das Invasionsverhalten der Tumorzellen. Dies geschieht in Abhängigkeit der exprimierten Neurotrophin-Tyrosinkinase-Rezeptoren auf der Zelloberfläche. Der brain-derived neurotrophic factor (BDNF) konnte in den Zellinien MHH-Med 2 und MHH-Med 4 das Wachstumsverhalten hemmen. Desweiteren wurde die Apoptoserate der ZL 4 unter BDNF-Behandlung gesteigert. Die Wirkung dieses neurotrophen Faktors wird über den Rezeptor Trk B vermittelt. Durch den Nachweis der aktivierten Form der MAP-Kinase unter BDNF-Stimulation, sowohl in der ZL MHH-Med 4 und auch in MEB-Med 8S zeigt, dass BDNF in Medulloblastomen ebenfalls über Trk B wirkt. Im Gegensatz zu BDNF, welcher die Zellmotilität nicht beeinflusste, konnte das neurotrophin-3 (NT-3) das Wanderungsverhalten der ZL 4 hemmen. Dieser Effekt ließ sich durch Zugabe des blockierenden Antikörpers gegen NT-3 wieder aufheben. Die für die Vermittlung des Effektes notwendige Rezeptortyrosinkinase Trk C konnte auf der Oberfläche dieser Zellinie nachgewiesen werden. Über den Nachweis der phosphorylierten Form der MAP-Kinase nach NT-3-Stimulation wurde auch hier die Wirkvermittlung über den zugehörigen Rezeptor bestätigt. Somit konnte gezeigt werden, dass die neurotrophen Faktoren in Abhängigkeit der zugehörigen Rezeptor-Tyrosinkinasen unterschiedlichste physiologische Zellreaktionen bewirken. Durch den inkonstanten Rezeptorbesatz der untersuchten ZL und auch die gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen Aktivitätszustände der jeweiligen Rezeptoranteile ebenso wie durch die Hinweise auf autokrine Loops durch die Medulloblastomzellen kann eine einfache Faktor-Wirkung-Beziehung nicht aufgestellt werden und bleibt somit Bestandteil weiterer Untersuchungen.
In dieser experimentellen Studie wurde der Einfluss einer moderaten Hypothermie nach Induktion einer epiduralen, extraaxialen Raumforderung auf das neurologische Outcome, auf histopathologische Veränderungen und mittels bildgebender Methoden untersucht. Der Hauptaugenmerk wurde dabei eindeutig auf die neurologischen Verlaufsuntersuchungen mit Hilfe einer neuropsychologischen Testbatterie gelegt.Damit konnte in etwa die Hauptphase der klinischen Rekonvaleszens nach Trauma abgedeckt werden.Zudem hatten die meisten experimentellen Arbeiten bereits nach wesentlich kürzeren Zeiträumen ihre Nachuntersuchungen abgeschlossen.Die Gesamtmortalität betrug bei den normotherm behandelten Tieren 55% und bei den hypotherm behandelten Tieren 45%. Der Unterschied betrug damit nur 10% und war nicht signifikant. Betrachtet man aber die Mortalitätsraten differenzierter, so zeigt sich bezüglich der rein schädigungsbedingten Mortalität als Folge von schweren neurologischen Defiziten wie Hemiparese, Inaktivität und damit verbundenen dramatischen Gewichtsverlust eine Mortalität von 5% für die Hypothermiegruppe und 30% in der Normothermiegruppe. Dies findet seine Bestätigung auch in anderen experimentellen Untersuchungen. Für die Anwendung von Hypothermie bei Schädel – Hirn –Traumen und zerebralen Ischämien in klinischen Studien ist die Datenlage bisher noch widersprüchlich. Die bisher größte Multicenterstudie in den USA von 1994 -1998 musste bei 392 Patienten mit SHT abgebrochen werden, nachdem kein therapeutischer Effekt unter Hypothermie festzustellen war (Clifton et al., 2001¹). Nähere Analysen zeigten jedoch eine Verbesserung des Outcomes bei Patienten unter 45 Jahren welche bei Aufnahme bereits hypothermen Bedingungen ausgesetzt waren. Damit stellt sich natürlich die Frage nach dem optimalen Zeitfenster für den Beginn einer hypothermen Behandlung. Als therapeutische Konsequenz erscheint damit unter Umständen ein sofortiger Beginn der Hypothermiebehandlung mit Eintreffen des Notarztes als wirkungsvoller. Zusätzlich konnten wiederum neueste Untersuchungen bei Patienten mit zerebraler Ischämie nach Herz- und Kreislaufstillstand einen protektiven Effekt einer moderater Hypothermie auf das neurologische Outcome aufzeigen (Bernard et al., 2002; Holzer et al., 2002).In unserer Studie sollte aber auf keinen Fall der nur geringe Unterschied in der Gesamtmortalität mit 55 % in der normothermen und 45 % in der hypothermen Gruppe vernachlässigt werden. Die Annäherung der Gesamtmortalität war hierbei auf eine deutlich erhöhte Rate systemischer oder lokaler Infektionen unter den hypothermen Tieren zurückzuführen.In klinischen Studien mehren sich allerdings die Hinweise auf eine durch Hypothermie bedingte Immunsuppression und damit verbundenen erhöhten Infektionsneigung. So konnten erhöhte Pneumonieraten (Schwab et al., 1998; 2001 ; Shiozaki et al., 2001) aber auch ein vermehrtes Auftreten von Meningitiden (Shiozaki et al.,2001) beobachtet werden. Shiozaki konnte zudem signifikant erhöhte Raten von Leuko- und Thrombozytopenien sowie Elektrolytentgleisungen im hypothermen Kollektiv finden (Shiozaki et al., 2001). Schwab fand in einer eigens zur Überprüfung der Nebenwirkungen von Hypothermie bei Patienten mit zerebraler Ischämie aufgelegten Studie erhöhte Raten an Pneumonien (48%), Thrombozytopenien (70%) und Bradykardien (62%) (Schwab et al.,2001). Prospektive Studien von Patienten mit kolorektalen Eingriffen wiesen ebenso unter milder Hypothermie signifikant vermehrt Wundheilungsstörungen (Kurz et al., 1996) und eine geringere Lymphozytenaktivität auf (Beilin et al., 1998). Angewandt auf unsere Studie zeigte sich ebenfalls eine erhöhte Rate von Wundheilungsstörungen unter Hypothermie, ohne dabeijedoch zu einer Beeinflussung der Ergebnisse in den neuropsychologischen Testreihen zu führen.Abschließend kann festgehalten werden, dass in dieser Studie die Induktion einer moderaten Hypothermie nach epiduraler, extraaxialer Raumforderung, zu einer Verbesserung neurologischer Defizite und damit zu einer Besserung der Lebensqualität jener Versuchstiere führte, die den Beobachtungszeitraum überlebten. Eine Verringerung der Gesamtmortalität konnte nicht erreicht werden.
Einfluss des VEGFRezeptor-2 spezifischen RTK-Inhibitors PTK 787/ ZK 222584 auf Angiogenese und somit Wachstum maligner Gliome in einem Tiermodell. Verwendet wurden hierbei C6-Rattengliomzellen aus denen durch retrovirale Transfektion von VEGF cDNA in sense Richtung ein stark VEGF exprimierender Zellklon generiert wurde.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde anhand von Tumorzelllilien und Nativ-Material untersucht, ob und in welchem Masse Medulloblastome verschiedene Matrix-Metalloproteasen exprimieren. Diese Enzyme spielen bei der Gewebeumstrukturierung und Neoangiogenese im Rahmen der Tumorinvasivität eine wesentliche Rolle. Über das Verteilungsmuster bei Medulloblastomen ist im Vergleich zu anderen Hirntumoren wie das Glioblastom bisher wenig bekannt. Dies ist ein erster Ansatz, um mittels Vergleich mit dem Vorkommen in Glioblastomen mehr über die MMP-Expression und -verteilung im MDB zu erfahren. Die Analyse erfolgte mittels PCR auf RNA-Ebene und über immunhistochemische Färbungen sowie Zymografie auf Proteinebene.
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.
Gegenstand dieser Doktorarbeit war die Beschreibung des Urokinaseplaminaktivators uPA im C6-Sphäroidmodell der Ratte und dessen Lokalisation in Bezug auf den Primärtumor. Das hierbei verwendete Tiermodell basiert auf der C6-Tumorzellreihe, welche durch Transfektion von Rattengliomzellen mit dem Vaskularisierungsfaktor VEGF entwickelt wurde. Die gesteigerte Expression von VEGF resultiert in einer stärkeren Vaskularisierung und einer erhöhten Wachstumsrate des Tumors. Im Vorfeld der Tumorimplantation konnte die Expression von uPA durch die C6-Tumorzellen mittels reverser RNA-Transkription und Polymerasekettenreaktion nachgewiesen werden. In vitro gelang der Nachweis von uPA im C6-Sphäroiden mittels Fluoreszenz-Färbung. Im Rahmen des Tierversuches wurden aus den Tumorzellen ca. 300µm große Sphäroide hergestellt, welche den Ratten in den Kortex des linken Frontallappens implantiert wurden und dort solide Hirntumoren bildeten. Die Versuchstiere wurden anschließend in zwei Gruppen aufgeteilt. Der Positivgruppe wurde täglich über einen Zeitraum von 19 bzw. 21 Tagen der Proteasehemmer WX-UK1 in die Bauchhöhle injiziert, die Kontrollgruppe erhielt ein Placebo. Nach Ablauf des Behandlungszeitraumes konnte an den explantierten Gehirnen mittels histochemischer Peroxidasefärbung die Protease uPA im Tumorgewebe nachgewiesen werden. Die Konzentration von uPA war besonders im invasionsaktiven Bereich des Tumors erhöht. Dieser entspricht der Randzone des soliden Tumors, sowie den distanzierten Zellnestern im gesunden Hirngewebe, welche als so genannte Invasionszone zusammengefasst werden. Die tragende Rolle von uPA bei der Invasion der Tumorzellen in das gesunde Hirngewebe konnte somit bestätigt werden. Die Messung von erhöhten uPA-Konzentrationen an der Basalmembran von Hirngefäßen korreliert mit Beobachtungen, dass die Tumorzellen entlang von Gefäßen und Plexus migrieren, aber nicht in der Lage sind, in das Gefäßlumen einzudringen. Der Nachweis der erfolgreichen orthotopen Sphäroidimplantation mittels MRT-Bildgebung der Hirntumoren unterstreicht den Vorteil der offenen Implantationstechnik gegenüber der Zellinjektion. Die peritoneale Verabreichung des Proteasehemmers WX-UK1 führte im Rahmen dieser Untersuchungen zu keiner signifikanten Reduktion des Tumorwachstums, welches mittels Volumenmessung im MRT dokumentiert wurde. Des Weiteren konnte keine Minderung der uPA-Konzentration in den Tumoren der Positivgruppe gegenüber der Kontrollgruppe gemessen werden. Neben der fehlenden Biodistribution des Wirkstoffes kommt hierfür auch eine mangelnde Spezifität von WX-UK1 für uPA oder ein alternativer Aktivierungsweg der Proteolyse innerhalb der Tumorzellen in Betracht. Diese Arbeit führt zur Weiterentwicklung des C6-Sphäroidmodells und unterstützt die zukünftige Entwicklung von Wirkstoffen gegen das Tumorwachstum auf Basis der anti-invasiven Therapie.
Der Unishunt der Firma Codman gilt als Niederdruck-System und führt in aufrechter Körperposition zur erheblichen Überdrainage. Das Delta-System der Firma Medtronic hingegen soll durch seinen Ventilmechanismus eine Überdrainage verhindern und den Liquordruck in einem physiologischen Rahmen halten. Die vorliegende Studie untersucht die Frage, ob das Delta-System gegenüber dem Unishunt einen Vorteil hinsichtlich der Überdrainage aufweist, der sich an der revisionsfreien Funktionsdauer zeigt. Unter Berücksichtigung der Ventrikelweite prüften wir insbesondere, ob die Überdrainage und die damit verbundenen Komplikationen verringert werden können. In einer retrospektiven Fall-Sammel-Studie wurden die Patientendaten von 199 Kindern im Alter zwischen einem Tag und 10.4 Jahren ausgewertet, die im Zeitraum vom 01.01.1985 bis 01.03.2002 in der Abteilung für pädiatrische Neurochirurgie der Universitätsklinik Würzburg eine Erstimplantation eines ventrikuloperitonealen oder -atrialen Shunts mit Verwendung eines Unishunts (n= 138) oder eines Delta-Systems (n=61) erhielten. Gewertet wurden alle mechanischen oder infektiösen Komplikationen, die zu einer operativen Shuntrevision führten. Bei den mechanischen Komplikationen unterschieden wir zwischen proximaler Obstruktion, distaler Obstruktion, Migration, Diskonnektion oder Katheterriss, Ventilunterfunktion und Überdrainage. Als Überdrainage wurden operationspflichtige Subduralergüsse, eindeutige Unterdruck-beschwerden und das Slit-Ventricle-Syndrom gewertet. Asymptomatische Subdural-ergüsse und andere nicht operationspflichtige Funktionsanomalien werteten wir nicht als Komplikation. Als Shuntinfektion bezeichneten wir klinische und laborchemische Zeichen einer bakteriellen Infektion, die nach Shuntexplantation abklangen. Die durchschnittliche Funktionsdauer der Shunts wurde in vorliegender Studie durch das Delta-System nicht verlängert. Die kumulative Revisionswahrscheinlichkeit nach einem Jahr betrug beim Unishunt 30.6 %, beim Delta-System 24.9 %, lag aber nach fünf Jahren mit 58.0 % beim Delta-System höher als beim Unishunt (40.9 %). Bei den mechanischen Komplikationen ergab sich als wesentlicher Unterschied zwischen beiden getesteten Systemen eine häufigere distale Blockade des Peritonealkatheters beim Unishunt, die aber durch häufigere Ventilfehlfunktion des Delta-Systems weitgehend ausgeglichen wurde. Die niedrigste Druckstufe führte beim Delta-System signifikant häufiger zu einer proximalen Obstruktion als die höchste. Die eigenen Untersuchungsergebnisse sprechen dafür, dass Delta-Ventile tatsächlich der Neigung zur Überdrainage entgegenwirken, ohne dass sich dieser Vorteil in der Revisionsrate bemerkbar macht. Das Delta-System führt zu einer niedrigeren Überdrainagerate und weniger Überdrainage-assoziierten Erscheinungen wie Subduralergüssen. Dieser Unterschied war am ehesten morphologisch zu erfassen, jedoch im Vergleich zum Unishunt nicht signifikant. Der Unishunt war mit einer höheren Infektionsrate von 11.6 % im Vergleich zum Delta-System (3.3 %) belastet. Der Unterschied lässt sich weder mit konstruktiven Ventilmerkmalen noch mit besonderen Maßnahmen der Infektionsprophylaxe erklären. Der im Vergleich zum Unishunt höhere Preis des Delta-Systems findet keinen Niederschlag in einer niedrigeren Komplikationsrate des Systems.
Das Glioblastom ist der häufigste primäre maligne Hirntomor. Es zeichnet sich durch ein besonders aggessives und invasives Wachstumsverhalten aus. So konnte bis heute trotz moderner Diagnostik und Entwicklung neuer Behandlungsstrategien bestehend aus Operation, Radiatio und Chemotherapie mit Temozolamid die mittlere Überlebenszeit von 14.6 Monaten nicht überschritten werden. Matrixmetalloproteinasen sind zinkabhängige Endopeptidasen, die in der Lage sind die Extrazellulärmatrix zu degradieren, die Basalmembran zu durchbrechen, und somit Migration, Invasion, und Neovaskularisierung von Tumoren zu erleichtern. In zahlreichen Tumoren, so auch im Glioblastom, konnte eine Überexpression von MMPs, besonders von MMP2 und MMP9, nachgewiesen werden. Verschiedene Substanzen sind in der Lage, auf unterschiedlichen Ebenen die MMP-Synthese zu hemmen. Vor allem Doxycyclin, ein Antibiotikum aus der Gruppe der Tetracycline, sowie COL-3, ein chemisch modifiziertes Tetracyclinderivat, wurden an vielen Tumorentitäten in präklinischen und klinischen Studien erfolgreich eingesetzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 2 Antibiotika, Doxycyclin und Cefotaxim, auf ihre Wirkung auf 4 Gliomzelllinien, C6, U251, U373 und GaMG, sowie 4 Primärzellen, 2406, 2418, 2421 und 2464, untersucht. Sowohl Doxycyclin, als auch Cefotaxim hemmen teilweise die Expression von MMP2 und MMP9, was durch eine semiquantitative PCR nachgewiesen wurde; die Expression von TIMP1 bleibt weitgehend unverändert. Auch auf Proteinebene konnte mittels Immunhistochemie ein Rückgang von MMP2 und MMP9 bei den meisten Zelllinien und Primärzellen unter Behandlung mit den Antibiotika beobachtet werden. Außerdem konnten Veränderungen im Wachstunsverhalten der Zellen in der Zellkultur verzeichnet werden, wahrscheinlich durch Inhibition der MMPs bedingt. Bei allen Zelllinien und allen Primärzellen wurde eine Abnahme der Proliferation im MTT-Assay, eine Zunahme der Adhäsion im Amidoblackassay, eine Abnahme der Migration im Migrationsassay, und eine Abnahme der Invasion im 3-D-Kollagengel-Assay beobachtet werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigten die Resultate anderer Arbeitsgruppen mit Doxycyclin an anderen Tumoren, wie dem Prostata-Ca. Der deutliche Einfluss des Doxycyclins auf grundlegende Zelleigenschaften, wie z.B. dem Migrations-, Proliferations- und Invasionsverhalten, erfordert einen kritischen Umgang mit dem Tet-On/Off Systems zur Genregulation, insbesondere dann, wenn funktionelle Untersuchungen Teil der Versuchszielsetzung sind.
Einleitung: SSEP sind etabliert, um Patienten intraoperativ zu überwachen, wenn sie sich Operationen im zerebrovaskulären System unterziehen. Das EEG ist eine weitere Methode zur neurophysiologischen Überwachung. In dieser Studie wurde die Wertigkeit des simultanen Ableitens von SSEP und EEG Signalen untersucht. Methode: Dreizehn Patienten (7 Frauen, 6 Männer, mittleres Alter 53.5 Jahre), welche sich dem Clipping eines intrakraniellen Aneurysma unterzogen, wurden eingeschlossen. Die SSEP Latenz 1 (Lat1), Latenz 2 (Lat2) und Amplitude (Amp) wurden kontinuierlich gemessen. Verminderung der Amplitude > 50% oder Verlängerungen der Latenzen > 10% gegenüber den Ausgangswerten wurden als signifikante Ereignisse bewertet. Das EEG wurde mittels einer subduralen Grid-Elektrode gemessen. Alpha % (Al%), Alpha-Delta-Ratio (ADR) und Total Power (TP) wurden ausgewertet. Resultate: Circa 9000 Einzelwerte wurden analysiert. Statistisch signifikante Korrelationen traten zwischen Al% und Amp (K=0.5) auf. Dabei zeigten sich die Veränderungen im EEG (Al%) 6 Minuten vor Ereignissen im SSEP (Amp). Statistisch signifikante Korrelationen traten ebenfalls zwischen Al% und Amp-Ereignissen (K=-0.4) auf. In 6/7 Patienten traten die Al%-Änderungen 7 Minuten vor den Amp-Änderungen auf. Noch stärkere Beziehungen ergaben sich zwischen Lat2 und allen EEG Modalitäten, jedoch reichte die Gesamtzahl der Datenpunkte nicht aus, um statistische Signifikanzen herzuleiten. Schlussfolgerung: Dies ist die erste Beschreibung von signifikanten Beziehungen zwischen quantitativem SSEP und EEG während zerebrovaskulären Operationen. Das quantitative EEG hat das Potenzial, frühe ischämische Ereignisse eher zu detektieren als dies mit SSEP möglich ist.
Ophthalmologische und radiologische Hirndruckzeichen bei der isolierten Sagittalnahtsynostose
(2008)
Bei der häufigsten Form prämaturer Kraniosynostosen, der isolierten Sagittalnahtsynostose, wird das Gesundheitsrisiko durch intrakranielle Drucksteigerung als sehr gering eingeschätzt. Ziel der vorliegenden Studie war es, an einem größeren Kollektiv das individuelle Risiko einer Hirndrucksteigerung durch mangelhaftes Schädelwachstum (=Kraniostenose) zu bestimmen. Der erhöhte Druck wurde dabei identifiziert durch Stauungspapillen oder durch direkte Messung. In einer Längsschnittstudie wurden Augenhintergrundsbefunde von 200 Patienten ausgewertet, die der Würzburger kraniofazialen Arbeitsgruppe mit der klinischen Diagnose „isolierte Sagittalnahtsynostose“ vorgestellt worden waren. Die bei acht Patienten durchgeführten direkten Druckmessungen wurden ebenfalls ausgewertet. Alle in die Studie aufgenommenen Patienten wurden mindestens einmal in zwei Jahren, in 76% der Fälle entsprechend einer vorgegebenen Empfehlung zweimal jährlich ophthalmoskopisch untersucht. Zum Zeitpunkt der ersten Untersuchung waren die Kinder durchschnittlich 14 Monate, bei der letzten Untersuchung durchschnittlich sieben Jahre alt. Die Beobachtungsdauer lag zwischen 19 Monaten und 18 Jahren. Während der Beobachtungszeit entwickelten zehn Patienten eine sichere Hirndrucksteigerung nach der genannten Definition, drei von 71 nicht operierten Patienten und sieben von 129 operativ behandelten Kindern. Daraus errechnete sich ein kumulatives individuelles Risiko von knapp sechs Prozent im Spontanverlauf und knapp sieben Prozent nach vorangegangener Operation. Diese Zahlen waren aber durch diagnostische Irrtümer beeinflusst. Denn bei sechs der 200 Patienten musste die Diagnose im Verlauf zugunsten verschiedener Syndrome und Stoffwechselstörungen korrigiert werden. Drei dieser Patienten hatten Stauungspapillen entwickelt. Nach entsprechender Bereinigung des Studienkolletivs lag das individuelle Risiko einer Hirndrucksteigerung für nicht operierte Patienten mit isolierter Sagittalnahtsynostose bei drei Prozent, für operierte Patienten bei sechs Prozent. Bei zwei Patienten wurde die Hirndrucksteigerung durch direkte Messung nachgewiesen, während der Augenhintergrund unauffällig erschien – ein Hinweis auf die relativ geringe Sensitivität des ophthalmoskopischen Befundes. Aus den vorliegenden Daten ergibt sich die Empfehlung regelmäßiger Funduskontrollen bei der isolierten Sagittalnahtsynostose, die unbedingt auch nach einer Operation der Synostose bis mindestens zum achten, besser bis zum 10. bis 12. Lebensjahr fortgesetzt werden sollten. Untersuchungsintervalle von sechs Monaten stellen dabei einen vertretbaren Kompromiss zwischen Untersuchungsaufwand und diagnostischer Sicherheit dar. Denn alle Patienten mit Stauungspapillen wurden rechtzeitig therapiert, keiner von ihnen erlitt bleibende Funktionseinbußen der Sehnerven. Wegen der geringen Sensitivität der Ophthalmoskopie wurden in einem zweiten Teil der Arbeit Röntgenaufnahmen der Patienten auf radiologische Hirndruckzeichen ausgewertet. Das Schädelinnenrelief wurde beurteilt und in Anlehnung an die Literatur in drei Intensitätsgrade eingeteilt. Deutlich und generalisiert verstärkte Impressiones digitatae im Sinne eines Wolkenschädels wurden als mögliche Zeichen eines erhöhten intrakraniellen Drucks registriert. Am Ende des Beobachtungszeitraums wurde sowohl bei operierten als auch bei nicht operierten Patienten eine kumulative Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Wolkenschädels von etwa 35% ermittelt, bei allerdings hoher statistischer Un¬genauigkeit. Insgesamt wurde bei 20% der nicht operierten und bei 15% der operierten Patienten ein Wolkenschädel registriert. In Zusammenschau mit den Ergebnissen des ersten Teils der Arbeit stützen diese Zahlen die Annahme, dass eine intrakranielle Drucksteigerung häufiger auftritt als funduskopisch nachgewiesen. Bei deutlich verstärktem Schädelinnenrelief im Röntgenbild sollte daher die Indikation zur invasiven Druckmessung großzügiger gestellt werden. Als überraschendes und bisher nicht beschriebenes Ergebnis ließ sich ein Übergreifen der Synostose auf weitere Nähte kumulativ bei 20% der operierten, nicht aber bei unoperierten Patienten nachweisen. Diese Beobachtung steht im Einklang mit der größeren Häufigkeit von Stauungspapillen im postoperativen Verlauf. Denkbar ist also eine negative Beeinflussung der Nahtphysiologie durch die Operation.
Neuronale Plastizität ist die Voraussetzung für Lernen und Erinnerung. Sie wurde in einer Reihe von Experimenten am Menschen und am Tier eindrucksvoll demonstriert. Das zugrunde liegende Prinzip neuronaler Plastizität ist die Modulierbarkeit synaptischer Übertragungseffizienz. Diese kann im Sinne einer Langzeitpotenzierung (LTP) sowohl hinauf als auch im Sinne einer Langzeitdepression (LTD) herab reguliert werden. Von besonderem Interesse im Allgemeinen und für diese Arbeit ist das Prinzip der assoziativen LTD: Wirkt auf das postsynaptische Neuron zunächst ein starker depolarisierender Reiz und danach in enger zeitlicher Kopplung ein schwacher nicht depolarisierender Reiz so kommt es in der Folge zu einer Erniedrigung der synaptischen Übertragungseffizienz. Für den menschlichen Motorkortex wurde ein experimentelles Protokoll entwickelt, dass mit Hilfe etablierter neurophysiologischer Methoden eine Veränderung der synaptischen Übertragungseffizienz im Sinne eines LTD-ähnlichen Phänomens bewirkt: beinahe synchrone und repetitive Kopplung peripherer N. medianus Stimulation (entspricht dem nicht depolarisierenden Reiz) und kontralateraler transkranieller Magnetstimulation (entspricht dem depolarisierenden Reiz) führt zu einer signifikanten Amplitudenreduktion der magnetisch evozierbaren Potentiale (MEP) des M. abductor pollicis brevis (APB). Voraussetzung für die Effektivität der assoziativen Paarstimulation (PAS-Protokoll) ist, dass der depolarisierende Reiz wenige Millisekunden vor dem nicht depolarisierenden Reiz auf die synaptischen Verbindungen des zentralen APB-Repräsentationsareals einwirkt. Das Ziel dieser Arbeit war es zunächst durch Optimierung der im PAS-Protokoll etablierten Stimulationsparameter die Robustheit und das Ausmaß der erzeugten Exzitabilitätsminderung im APB-Kortexareals zu steigern. Untersucht wurde erstens der Einfluss der Steigerung der Frequenz, sowie zweitens der absoluten Zahl applizierter Paarreize. Drittens wurde untersucht ob ein optimaler Wirkzeitabstand zwischen den beiden assoziativen Stimuli besteht: Eine Synchronisierung des Intervalls zwischen den beiden Paarreizen durch Normierung auf die individuelle Körperlänge führt zu einem konstanten Wirkzeitabstand innerhalb der synaptischen Verbindungen des zentralen APB-Repräsentationsareales. Dies erlaubt eine systematische Untersuchung des optimalen Wirkzeitabstandes der assoziativen Paarreize unabhängig von der individuellen Körperlänge. Mit einem so optimierten PAS-Protokoll wurde der zweite Teil der Arbeit durchgeführt: In den eben beschriebenen Vorversuchen wurde die Änderung der kortikomuskulären Exzitabilität durch Vergleich der durchschnittlichen MEP-Amplituden des Punktes der Schädeldecke, von dem aus eine maximale Reizantwort im Zielmuskel erzeugbar war bestimmt. Um jedoch eine möglichst umfassende Aussage über die Veränderung kortikomuskulärer Exzitabilität treffen zu können, wurde ein etabliertes Kartierungsverfahren verwendet, das eine Darstellung des APB-Repräsentationsareales als zweidimensionale Karte ermöglicht. Mit Hilfe dieser Mapping-Untersuchung sind Aussagen über die räumliche Dimension der Veränderungen kortikomuskulärer Exzitabilität möglich, die über den einfachen Vergleich der an einem Punkt gewonnenen Amplituden hinausgehen. In dieser Arbeit gelang die Induktion kortikaler Plastizität im Sinne assoziativer LTD-ähnlicher Plastizität. Aus unseren Ergebnissen lässt sich ableiten, dass weder durch eine Erhöhung der Frequenz noch der Anzahl der Paarstimuli eine wesentliche Steigerung des LTD-ähnlichen Phänomens zu erzeugen ist. Diesen Umstand führen wir im Wesentlichen auf eine Art Grenzwert der Modulierbarkeit kortikomuskulärer Exzitabilität zurück. Die grundsätzliche Möglichkeit, dass mentale Konzentration auf die in das PAS-Protokoll involvierten Muskeln eine bedeutsamere Rolle für das Ausmaß der induzierten Plastizität spielen könnte als die Intensität der assoziativen Induktion, wurde erörtert. Durch einen Normierungsprozess auf die individuelle Körpergröße kristallisiert sich ein definiertes Fenster der zeitlichen Kopplung der beiden assoziativen Reize mit optimaler LTD-ähnlicher Plastizität heraus. Bei selektiver Betrachtung einer Subgruppe der Mapping-Untersuchung ergaben sich Hinweise darauf, dass die räumliche Verteilung der Exzitabilität durch ein optimiertes PAS-Protokoll verändert wird. Diese Hinweise sind mit der Annahme zu vereinbaren, dass durch ein exzitabilitätsminderndes PAS-Protokoll aktive Synapsen deaktiviert werden können. Mögliche Ursachen für die vergleichsweise schlechte Reproduzierbarkeit der Plastizitätsergebnisse bei kumulativer Betrachtung aller Mapping-Experimente wurden diskutiert.
Das Glioblastom ist der häufigste hirneigene Tumor des Erwachsenen. Es ist hoch invasiv, stark proliferierend und mit einer schlechten Prognose assoziiert. Heutige Therapiean-sätze zielen, neben der möglichst vollständigen Resektion des Tumorgewebes, vor allem auf Apoptoseinduktion durch DNA-Schäden in Tumorzellen. Daher ist die Aufklärung der molekularen Grundlagen dieser Prozesse essentiell, um Verbesserungen bei den Behandlungsmöglichkeiten erzielen zu können. Der Proteasomenaktivator PA28γ wird im Hirngewebe stark exprimiert, über seine Funktion ist jedoch nur wenig bekannt. Er wurde als Interaktionspartner des Zellzyklus- und DNA-Schadensregulators Mad2b in einem Hefe Two-Hybrid Screen identifiziert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde diese Wechselwirkung mittels eines GST-Pulldown Experimentes be-stätigt. Obwohl PA28γ in Verbindung mit der Zellproliferation gebracht wird, konnte in GBM-Zelllinien keine signifikante Änderung der Zellteilungsraten beobachtet werden. Allerdings unterstützte die vermehrte Expression von PA28γ die Apoptose. Um durch neue Interaktionspartner von PA28γ Hinweise auf dessen Funktion zu erhalten, wurde ein Hefe Two-Hybrid Screen durchgeführt: PA28gamma steuert den Abbau von p53 und verweist über die hier neu beschriebene Interaktion mit HIPK1 ebenfalls auf den programmierten Zelltod. Dieser pro-apoptotische Zusammen-hang wird unterstützt durch die Interaktion mit 1A6/DRIM-interacting protein. Die Inter-aktion der Sumo E2 Ligase Ubc9 mit PA28gamma war ein erster Hinweis für eine Sumoylierung des Proteasomenaktivators, die die PA28gamma Aktivität regulieren könnte. Gleichzeitig ist Ubc9, wie auch die E3-Ligase PIAS, im Zusammenhang mit Apoptose beschrieben worden. Diese Fragestellungen wurden in weiterführenden Arbeiten erforscht. Einen anderen Aspekt beleuchtet die Interaktion von PA28gammamit Catenin alpha. Durch diese Wechselwirkung könnte PA28gamma Einfluß auf Interzellulärkontakte nehmen. Gerade im Hin-blick auf das GBM, charakterisiert durch ausgeprägtes Migrations- und Invasionsverhal-ten, könnte die Regulation von Interzellulärkontakten von besonderer Bedeutung sein. Aufgrund der oben beschriebenen Eigenschaften von PA28gammasollte dieses Protein für eine Therapie mittels DNA-Schäden induzierter Apoptose erforscht werden. PA28gamma könnte bei diesen Vorgängen ein zentraler Faktor sein, dessen Manipulation die etablierten Therapieformen unterstützen und deren Wirkung verbessern.
Bislang ist ungeklärt, warum PNPs teils schmerzhaft und teils schmerzlos verlaufen. Die in der vorliegenden Arbeit untersuchte Hypothese lautete, dass ein Ungleichgewicht zwischen pro- und anti-inflammatorischen Zytokinen der unterschiedlichen Schmerzausprägung zugrunde liegt.Es wurden 32 Patienten mit schmerzhafter PNP, 20 Patienten mit schmerzloser PNP und 44 Kontrollpersonen auf die Expression und Produktion ausgewählter pro- und anti-inflammatorischer Zytokine untersucht. Zur Messung der Schmerzhaftigkeit wurden etablierte Schmerzfragebögen verwendet. Zusätzlich wurden nahezu alle Patienten mit der Allgemeinen Depressionsskala befragt. Die Diagnose, Ätiologie, Dauer, klinische Manifestation der PNP sowie die Medikation der Patienten wurde auf standardisierten Erhebungsbögen dokumentiert. Zur Messung der Zytokine wurde morgens Blut in EDTA- und Serummonovetten asserviert und entsprechend der Messmethodik weiterverarbeitet. Die relative Genexpression wurde aus Gesamt-RNA mittels reverser Transkription und quantitativer real-time PCR, die Serumproteine mittels enzyme-linked immunosorbant assay gemessen. Die Patienten mit schmerzhafter PNP hatten in der Mehrzahl Neuropathie-typische Plussymptome und mittelstarke Schmerzen, die eine starke bis sehr starke Behinderung darstellten. Die hier untersuchten Zytokinmuster bei Patienten mit schmerzhafter und schmerzloser PNP zeigten eine Verschiebung zu pro-inflammatorischen Zytokinen bei Patienten mit schmerzhafter PNP. Die Zytokinexpression der Patienten mit schmerzhafter PNP war im Vergleich zu Patienten mit schmerzloser PNP und Kontrollen bezüglich der IL-2 und TNF Expression und Produktion signifikant erhöht. Umgekehrt lagen bei Patienten mit schmerzloser PNP die Produktion und die Expression des IL-4 im Vergleich zu Patienten mit schmerzhafter PNP und Kontrollen höher. Die Expression des IL-10 lag bei Patienten mit schmerzloser PNP ebenfalls höher als bei Patienten mit schmerzloser PNP und Kontrollen, unterschied sich aber auf Proteinebene nicht in den drei Gruppen. Die einleitend gestellte Hypothese, dass der schmerzhafte oder schmerzlose Verlauf einer PNP durch unterschiedliche Zytokinprofile bedingt ist, kann durch die vorliegenden Ergebnisse gestützt werden. In Zusammenschau mit den Daten aus der Grundlagenforschung scheint einem pro-inflammatorischen Zytokinmuster eine entscheidende Rolle an der Entstehung und Aufrechterhaltung neuropathischer Schmerzen zuzukommen. Für TNF sind entsprechende pathophysiologische Wirkungen bekannt. Anti-inflammatorische Zytokine, wie IL-4 und IL-10 zeigten analgetische Wirkungen im Tierversuch. Die Mitwirkung des IL-2 an peripheren Opioid-Rezeptoren lässt eine endogene periphere Analgesie vermuten. Hieraus lassen sich Folgerungen für zukünftige Diagnostik und Therapie neuropathischer Schmerzen ziehen. Durch Erkennung von Zytokin-Imbalancen wären schmerzhafte PNPs früher einer adäquaten Therapie zuzuführen. Durch die Modulation von Zytokinprofilen im Rahmen schmerzhafter PNPs könnten sich zusätzlich therapeutische Möglichkeiten eröffnen.
Traumatic brain injury, a leading cause of death and disability, is a result of an outside force causing mechanical disruption of brain tissue and delayed pathogenic events which collectively exacerbate the injury. These pathogenic injury processes are poorly understood and accordingly no effective neuroprotective treatment is available so far. Experimental models are essential for further clarification of the highly complex pathology of traumatic brain injury towards the development of novel treatments. Among the rodent models of traumatic brain injury the most commonly used are the weight-drop, the fluid percussion, and the cortical contusion injury models. As the entire spectrum of events that might occur in traumatic brain injury cannot be covered by one single rodent model, the design and choice of a specific model represents a major challenge for neuroscientists. This review summarizes and evaluates the strengths and weaknesses of the currently available rodent models for traumatic brain injury.
Das Glioblastom ist mit einem Anteil von 20% an allen hirneigenen Tumoren der häufigste und bösartigste primäre intrakranielle Tumor. Trotz multimodalem Therapiekonzept, das operative Resektion, Strahlen- und Chemotherapie verbindet, haben Patienten eine Prognose von im Mittel nur 14,6 Monaten. Sein aggressives Wachstum zieht eine Vaskularisierung nach sich, die jedoch nicht in ausreichendem Maße die Sauerstoffversorgung des Tumorgewebes sicherstellen kann. Studien mit Messelektroden zeigten einen deutlich reduzierten Sauerstoffpartialdruck im Tumor im Vergleich zum umliegenden Hirngewebe. Dieses hypoxische Milieu löst genetische Alterationen und adaptive Veränderungen der Proteinexpression aus, die eine Selektion besonders aggressiver Tumorzellen bewirkt. Für eine bessere prognostische Einschätzung sowie als zukünftige therapeutische Ziele zur Erhöhung der Response auf Chemo- und Strahlentherapie ist es von großem Interesse, solche Faktoren als mögliche Hypoxiemarker aufzufinden. In dieser Arbeit wurden die Proteine HIF-1α, CAIX, VEGF, EPO und NDRG1 auf mRNA- und Proteinebene in den Glioblastomzelllinien GaMG, U251 und U373 auf eine Veränderung ihrer Expression unter hypoxischen Bedingungen untersucht. Ausmaß (5% O2, 1% O2 und 0,1% O2) und Dauer (1 h, 6 h und 24 h) der Hypoxie wurde variiert. Anschließend wurde über 24 h und 48 h eine Reoxygenierung durchgeführt. Auch wurden Expressionsuntersuchungen an Gewebeproben von Normalhirnen, Astrozytomen WHO Grad II und Glioblastomen vorgenommen. Die Verwendbarkeit von GAPDH als Marker für diese Analysen wurde durch Experimente sichergestellt, die dessen mRNA und das Protein als nicht durch Hypoxie oder Malignisierung reguliert nachwiesen. Wir bestätigten die Rolle von HIF-1α als Mediator der hypoxischen Zellantwort. Während die mRNA konstant blieb, wurde das Protein unter hypoxischen Bedingungen hochreguliert. Dies zeigte auch, dass unser experimentelles Setting funktionierte. NDRG1, CA-IX sowie EPO wurden unter Hypoxie sowohl auf mRNA-, als auch Proteinebene hochreguliert und blieben unter Reooxygenierung stabil. In Glioblastomen waren diese Gene auf mRNA-Ebene bedeutend stärker exprimiert als in niedriggradigen Astrozytomen. HIF-1α, NDRG1, CA-IX sowie EPO können also in humanen Glioblastomzellen als Hypoxiemarker dienen und möglicherweise auch eine prognostische und therapeutische Bedeutung haben.
Das Kraniopharyngeom ist eine dysontogenetische Mittellinienfehlbildung mit raumforderndem Charakter. Die Ätiopathogenese ist noch ungeklärt. Bildgebende Verfahren (Sonographie, MRT) ermöglichen bereits pränatal eine Diagnostik. Das neonatale Kraniopharyngeom ist sehr selten. Bisher finden sich in der Literatur nur wenige Fallberichte von denen operative Verläufe sowie klinische Langzeitverläufe bekannt sind. Es bleibt eine Kontroverse hinsichtlich Radikalität und Zeitpunkt der Operation, nicht aber dahingehend, dass die operationsmikroskopische Versorgung die Therapie der Wahl des neonatalen Kraniopharyngeoms darstellt. Die Nähe zur hypophysären-hypothalamischen Achse bedingt eine hohe Komorbidität der Kinder prä- und postoperativ.
Einleitung: Zwischen 1994-2003 wurden in Zusammenarbeit von HNO- und Neurochirurgie 615 Vestibularschwannome (Grad T3a-T4b) über den subokzipitalen Zugang operiert. In 89 Fällen (14%) konnte aus unterschiedlichen Gründen der Tumor nur inkomplett entfernt werden. Mittels neurologischer Untersuchung und MRT wurde postoperativ das funktionelle Ergebnis bzw. das Wachstumsverhalten des Resttumors untersucht. Außerdem wurden die Art des Resttumors und die Gründe für eine inkomplette Resektion analysiert. Material und Methoden: Alle Tumore wurden unter stetigem Neuromonitoring (AEP, Fazialis-EMG) operiert. Reichte der Tumor bis an die kaudalen Hirnnerven (IX, X, XI, XII) heran, wurden diese ebenfalls überwacht. In der postoperativen Kontrolle erfolgten eine neurologische Untersuchung und eine MRT. Die Ergebnisse wurden mit vorausgegangenen Untersuchungen verglichen, um das Wachstumsverhalten des Resttumors und das funktionelle Ergebnis zu beurteilen. Die Operationsberichte wurden nach den Gründen der inkompletten Tumorentfernung gesichtet. Ergebnisse: Starke Adhärenz des Tumorgewebes zu den Hirnnerven (VII, VIII, kaudale Gruppe) oder zum Hirnstamm, interfaszikuläre Tumornester, eine Gefährdung der Blutversorgung, spontane Entladungen im EMG oder eine reduzierte Ableitbarkeit der AEPs zwangen den Operateur, die Präparation abzubrechen. Die durchschnittliche Tumorgröße in den Fällen der inkompletten Resektion betrug 26,8 mm vs. 19,4 mm bei kompletter Tumorentfernung. Der zurückgelassene Tumorrest bestand in 86% aus einem Kapselanteil, einem Tumorrasen oder interfaszikulären Tumornestern. Grobe Tumorreste waren die Ausnahme. 12 Monate postoperativ wurde bei den Patienten mit kompletter Resektion in 88% eine gute bis sehr gute Funktionalität (House/Brackmann Grad I-II) des Gesichtsnervs beobachtet, bei inkompletter Tumorentfernung in 75%. 66% (n=59) der Resttumore zeigten keine Progredienz, 13% (n=12) eine Wachstumstendenz ohne klinische Symptomatik, 6% (n=5) mussten erneut operiert werden (15%/n=13 keine Kontrolle). Der durchschnittliche Nachbeobachtungszeitraum betrug 48,1 Monate (1-134). Zusammenfassung: Trotz Zurücklassens eines Tumorrestes kommt es nur selten zu einem erneuten Tumorwachstum. In noch weniger Fällen muss eine Rezidivoperation durchgeführt werden. Dies rechtfertigt eine subtotale Tumorresektion in den Fällen einer Hirnnervengefährdung. Verzichtet man auf eine komplette Resektion, lässt sich auch bei sehr großen Tumoren ein gutes bis sehr gutes funktionelles Ergebnis erzielen.
Die Critical-lllness-Polyneuropathie (CIP), eine Erkrankung des peripheren Nervensystems nach einer schweren intensivmedizinisch behandlungspflichtigen Erkrankung, ist bereits seit dem 19. Jahrhundert bekannt und lässt sich nur sehr schwer von einer Critical-Illness- Myopathie, die im gleichen Kontext auftreten kann, unterscheiden. Erschwert wird die Situation dadurch, dass beide Funktionsstörungen kombiniert auftreten können. Auf Grund der Weiterentwicklung in der Medizin ist in den letzten 2 Jahrzehnten eine Häufigkeitssteigerung zu verzeichnen mit der Forderung geeignete Maßnahmen zu finden, die häufig schwerwiegenden Folgeerscheinungen zu mindern. Mit Entwicklung eines bestimmten neurorehabilitativen Behandlungsregimes ergeben sich die Fragen, welche CIP Patienten profitieren, ergeben sich prognoserelevante Faktoren und welche Art und Dauer der Neurorehabilitation vorgehalten werden muss. In der vorliegenden Arbeit wurden retrospektiv die Entlassungsbriefe der Patienten mit einer CIP der Abteilung für neurologisch-neurochirurgisch Frührehabilitation der Jahre 2004-2008 ausgewertet. Die Beurteilung der Fähigkeitsstörungen erfolgte mit dem Frührehabilitations-Barthel-Index nach Schönle, dem Barthel-Index sowie dem FIM und das Handicap wurde mit der 8-stufigen Glasgow-Outcome-Scale bewertet. Zusätzliche Parameter waren das Alter und Geschlecht, die Ursache der CIP, die Zeit von Erkrankungsbeginn bis zur Aufnahme, die Behandlungsdauer, Komplikationen sowie die Entlassungsart. 200 Patienten, 67,5% Männer und 32,5% Frauen konnten ausgewertet werden. Eine Häufung des Erkrankungsbildes fand sich bei Patienten ab dem 60. Lebensjahr. Eine Ursachenpräferenz fand sich nicht, wobei im Wesentlichen kardiale, respiratorische und gastrointestinale Erkrankungen vorgefunden worden waren. Alle Patienten konnten, nach einer durchschnittlichen Behandlungsdauer von 40 Tagen, von der Frührehabilitationsbehandlung profitieren. So konnten 34% in weiterführende rehabilitative Behandlungsstufen und 17,5% der Patienten gebessert nach Hause entlassen werden. Die Sterblichkeit mit 11% muss der besonderen Schwere des Krankheitsbildes angelastet werden. Dies wird durch die Feststellung gestützt, dass die Komplikationsrate mit über 60% während der rehabilitativen Behandlung sehr hoch lag. Hervorzuheben ist, dass sich herausarbeiten ließ, dass sich eine längere Behandlung positiv auf die Behandlungsergebnisse, auch bei schwer Betroffenen auswirkte. Die auslösende Ursache scheint keinen wesentlichen Einfluss auf das outcome zu haben. Männer profitieren bei der Wiedererlangung motorischer Fähigkeiten etwas besser als Frauen. Die älteren Patienten zeigen gute Verbesserungen bei körperlichen Funktionsstörungen. Bezogen auf die kognitiven Fähigkeiten muss aber das Alter als negativer Prädiktor angesehen werden. Der Grad der Behinderung hat einen deutlichen Einfluss auf die Behandlungsdauer und Behandlungsergebnisse. Demgegenüber stellt eine primäre Intensivpflicht einen negativen Prädiktor, auch wenn auch diese Patienten von der Rehabilitation profitieren.
Background: Glioblastomas (GBM), the most frequent malignant brain tumors in adults, are characterized by an aggressive local growth pattern and highly invasive tumor cells. This invasion is facilitated by expression of matrix metalloproteinases (MMPs), a family of zinc-dependent endopeptidases. They mediate the degradation of protein components of the extracellular matrix. Twenty-three family members are known. Elevated levels of several of them have been reported in GBM. GBM cell-lines are used for in vitro studies of cell migration and invasion. Therefore, it is essential to know their MMP expression patterns. Only limited data for some of the cell-lines are published, yet. To fill the gaps in our knowledge would help to choose suitable model systems for analysis of regulation and function of MMPs during GBM tumorigenesis, cell migration and invasion. Findings: We analysed MMP-1, -8, -9, -10, -11, -13, -17, -19, -20, -21, -23, -24, -26, -27, and MMP-28 expression in seven GBM cell-lines (SNB-19, GaMG, U251, U87, U373, U343, U138) and in four primary cell cultures by semiquantitative RT-PCR, followed changes in the MMP expression pattern with increasing passages of cell culture and examined the influence of TNF-a and TGF-b1 stimulation on the expression of selected MMPs in U251 and U373 cells. MMP-13, -17, -19 and -24 were expressed by all analyzed cell-lines, whereas MMP-20 and MMP-21 were not expressed by any of them. The other MMPs showed variable expression, which was dependent on passage number. Primary cells displayed a similar MMP-expression pattern as the cell-lines. In U251 and U373 cells expression of MMP-9 and MMP-19 was stimulated by TNF-a. MMP-1 mRNA expression was significantly increased in U373 cells, but not in U251 cells by this cytokine. Whereas TGF-b1 had no impact on MMP expression in U251 cells, it significantly induced MMP-11 and MMP-24 expression in U373 cells. Conclusions: Literature-data and our own results suggest that the expression pattern of MMPs is highly variable, dependent on the cell-line and the cell-culture conditions used and that also regulation of MMP expression by cytokines is cell-line dependent. This is of high impact for the transfer of cell-culture experiments to clinical implementation.
In einem experimentellen Schädel-Hirn-Trauma-Modell der fokalen Kälteläsion bei der Maus wurde die Effektivität der B1R-Blockade untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchung dokumentierten auf der Suche nach einer grundlegenden spezifischen Therapie des vasogenen traumatischen Hirnödems die B1R-Blockade als einen potentiellen Ansatz zu Reduktion der sekundären Hirn-schäden. Zum Einen konnte durch die selektive Blockade von B1R mit dem Präparat R-715 nach einer fokalen Kälteläsion im Mausmodell die Hirnschädigung um etwa 75 % gegenüber den Tieren der Kontrollgruppen reduziert werden. Zum Anderen lässt sich nach der B1R-Blockade u. a. eine signifikante Abschwächung des vasogenen Hirnödems um etwa 50 % im Vergleich zu den Tieren der Kontrollgruppen feststellen. Die Reduktion der sekundären Hirnschädigung durch die B1R-Blockade 24 Stunden nach der Läsionsinduktion macht die selektive B1R-Blockade als kausaler Therapie-ansatz eine interessante Behandlungsoption des posttraumatischen vasogenen Hirnödems.
Am Modell des tumorinduzierten Schmerzes der Maus wurden sowohl das Schmerzverhalten der Tiere als auch spezifische morphologische Veränderungen im Hinterhorn des Rückenmarks (Aktivierung von Astrozyten) und im tumorbefallenen Knochen analysiert. Durch Analyse von Mäusen mit Defizienz für TNF-Rezeptor 1, TNF-Rezeptor 2 oder für beide Rezeptoren konnte die Rolle von TNF-α seiner Rezeptoren bei der Entstehung von tumorinduziertem Schmerz untersucht werden. Im Unterschied zu neuropathischen Schmerzmodellen konnte gezeigt werden, dass beide TNF-Rezeptoren ausgeschaltet werden müssen, um eine signifikante Schmerzreduktion zu erzielen. Die systemische Behandlung mit dem TNF-neutralisierenden Fusionsprotein Etanercept konnte die im genetischen Modell gezeigte Reduktion der mechanischen Allodynie teilweise, aber nicht vollständig reproduzieren. Eine Hemmung der Mikrogliaaktivierung mittels Minocyclin erbrachte im Tumor-schmerzmodell keinen Effekt auf das Schmerzverhalten der Tiere. Die histologische Analyse der tumoraffizierten Knochen zeigte eine signifikante Zunahme der Osteoklastenaktivität in tumortragenden Tieren. Die Behandlung mit Minocyclin war ohne erkennbaren Effekt auf die Differenzierung und die Aktivität der Osteoklasten. Es ergaben sich jedoch Hinweise, dass TNF-α einen hemmenden Einfluss auf die Osteoklastenaktivität im Knochentumormodell hat, da sowohl in den TNFR-KO-Tieren als auch unter Gabe von Etanercept eine Steigerung der Osteoklastenaktivität nachgewiesen werden konnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass TNF-α eine wichtige Rolle, sowohl in der Entstehung, als auch in der Aufrechterhaltung von tumorinduziertem Schmerz spielt. Hier liegt der Ansatzpunkt für weitere Studien mit dem Ziel, eine spezifische Pharmakotherapie zu entwickeln mit wirksamer TNF-α Blockade auch bei Patienten mit Tumorschmerzen. Nach den Erkenntnissen dieser Arbeit mit Etanercept sollte ein spezielles Augenmerk auf die ZNS-Gängigkeit dieser Substanzen gelegt werden und die Gefahr der Möglichkeit eines vermehrten Tumorwachstum bedacht werden.
Glioblastomas are characterized by an aggressive local growth pattern, a marked degree of invasiveness and poor prognosis. Tumor invasiveness is facilitated by the increased activity of proteolytic enzymes which are involved in destruction of the extracellular matrix of the surrounding healthy brain tissue. Elevated levels of matrix metalloproteinases (MMPs) were found in glioblastoma (GBM) cell-lines, as well as in GBM biopsies as compared with low-grade astrocytoma (LGA) and normal brain samples, indicating a role in malignant progression. A careful review of the available literature revealed that both the expression and role of several of the 23 human MMP proteins is controversely discussed and for some there are no data available at all. We therefore screened a panel of 15 LGA and 15 GBM biopsy samples for those MMPs for which there is either no, very limited or even contradictory data available. Hence, this is the first complete compilation of the expression pattern of all 23 human MMPs in astrocytic tumors. This study will support a better understanding of the specific expression patterns and interaction of proteolytic enzymes in malignant human glioma and may provide additional starting points for targeted patient therapy.
As recently reviewed, 1026 neuroprotective drug candidates in stroke research have all failed on their road towards validation and clinical translation, reasons being quality issues in preclinical research and publication bias. Quality control guidelines for preclinical stroke studies have now been established. However, sufficient understanding of the underlying mechanisms of neuronal death after stroke that could be possibly translated into new therapies is lacking. One exception is the hypothesis that cellular death is mediated by oxidative stress. Oxidative stress is defined as an excess of reactive oxygen species (ROS) derived from different possible enzymatic sources. Among these, NADPH oxidases (NOX1-5) stand out as they represent the only known enzyme family that has no other function than to produce ROS. Based on data from different NOX knockout mouse models in ischemic stroke, the most relevant isoform appears to be NOX4. Here we discuss the state-of-the-art of this target with respect to stroke and open questions that need to be addressed on the path towards clinical translation.
The two bradykinin receptors B1R and B2R are central components of the kallikrein–kinin system with different expression kinetics and binding characteristics. Activation of these receptors by kinins triggers inflammatory responses in the target organ and in most situations enhances tissue damage. We could recently show that blocking of B1R, but not B2R, protects from cortical cryolesion by reducing inflammation and edema formation. In the present study, we investigated the role of B1R and B2R in a closed head model of focal traumatic brain injury (TBI; weight drop). Increased expression of B1R in the injured hemispheres of wild-type mice was restricted to the later stages after brain trauma, i.e. day 7 (P<0.05), whereas no significant induction could be observed for the B2R (P>0.05). Mice lacking the B1R, but not the B2R, showed less functional deficits on day 3 (P<0.001) and day 7 (P<0.001) compared with controls. Pharmacological blocking of B1R in wild-type mice had similar effects. Reduced axonal injury and astroglia activation could be identified as underlying mechanisms, while inhibition of B1R had only little influence on the local inflammatory response in this model. Inhibition of B1R may become a novel strategy to counteract trauma-induced neurodegeneration.
Inflammation following ischaemic stroke attracts high priority in current research, particularly using human-like models and long-term observation periods considering translational aspects. The present study aimed on the spatio-temporal course of macrophage-like cell accumulation after experimental thromboembolic stroke and addressed microglial and astroglial reactions in the ischaemic border zone. Further, effects of tissue plasminogen activator (tPA) as currently best treatment for stroke and the potentially neuroprotective co-administration of hyperbaric oxygen (HBO) were investigated. Rats underwent middle cerebral artery occlusion and were assigned to control, tPA or tPA+HBO. Twenty-four hours, 7, 14 and 28 days were determined as observation time points. The accumulation of macrophage-like cells was semiquantitatively assessed by CD68 staining in the ischaemic area and ischaemic border zone, and linked to the clinical course. CD11b, ionized calcium binding adaptor molecule 1 (Iba), glial fibrillary acidic protein (GFAP) and Neuronal Nuclei (NeuN) were applied to reveal delayed glial and neuronal alterations. In all groups, the accumulation of macrophage-like cells increased distinctly from 24 hours to 7 days post ischaemia. tPA+HBO tended to decrease macrophage-like cell accumulation at day 14 and 28. Overall, a trend towards an association of increased accumulation and pronounced reduction of the neurological deficit was found. Concerning delayed inflammatory reactions, an activation of microglia and astrocytes with co-occurring neuronal loss was observed on day 28. Thereby, astrogliosis was found circularly in contrast to microglial activation directly in the ischaemic area. This study supports previous data on long-lasting inflammatory processes following experimental stroke, and additionally provides region-specific details on glial reactions. The tendency towards a decreasing macrophage-like cell accumulation after tPA+HBO needs to be discussed critically since neuroprotective properties were recently ascribed to long-term inflammatory processes.
Parent of origin imprints on the genome have been implicated in the regulation of neural cell type differentiation. The ability of human parthenogenetic (PG) embryonic stem cells (hpESCs) to undergo neural lineage and cell type-specific differentiation is undefined. We determined the potential of hpESCs to differentiate into various neural subtypes. Concurrently, we examined DNA methylation and expression status of imprinted genes. Under culture conditions promoting neural differentiation, hpESC-derived neural stem cells (hpNSCs) gave rise to glia and neuron-like cells that expressed subtype-specific markers and generated action potentials. Analysis of imprinting in hpESCs and in hpNSCs revealed that maternal-specific gene expression patterns and imprinting marks were generally maintained in PG cells upon differentiation. Our results demonstrate that despite the lack of a paternal genome, hpESCs generate proliferating NSCs that are capable of differentiation into physiologically functional neuron-like cells and maintain allele-specific expression of imprinted genes. Thus, hpESCs can serve as a model to study the role of maternal and paternal genomes in neural development and to better understand imprinting-associated brain diseases.
Hintergrund: Obwohl als Standardverfahren bei der intraoperativen Überwachung bei der Akustikusneurinom (AN)-Chirurgie etabliert, handelt es sich bei der Ableitung akustisch evozierter Potentiale (AEP) um eine „Far-Field“-Technik mit einigen Einschränkungen. Diese Arbeit soll die Elektrocochleographie (ECoG) als Zusatzverfahren für den Hörerhalt überprüfen. Material und Methoden: 84 Patienten mit einseitigem intra-/extrameatalem AN (extrameataler Durchmesser 5-55mm) mit noch vorhandener Hörfunktion wurden unter Verwendung eines kombinierten neuro-/otochirurgischen suboccipitalen Zugangs operiert. Nach Einbringung einer Nadelelektrode auf das Promontorium unter otoskopischer Kontrolle wurden ECoG und AEP simultan abgeleitet. Ergebnisse: Bei 43 von 84 Patienten wurde ein Hörerhalt erzielt, wobei davon 40 sowohl AEP als auch ECoG aufwiesen. Alle 24 Patienten mit Verlust beider Modalitäten wurden taub. Hörerhalt wurde bei 4 von 12 Patienten mit erhaltenem ECoG, aber Verlust des AEP (Wellen III-V) nachgewiesen, im umgekehrten Fall kam es zu postoperativer Taubheit in zwei Fällen. Trotz signifikanter Korrelation der AEP- und ECoG-Amplituden mit prä- und postoperativem Hören, erwiesen sich die Latenzen von Summations- und Aktionspotential als verläßlichere Indikatoren für Hörerhalt als beim AEP. Der Vorhersagewert erloschener AEP-Amplituden übertraf den der ECoG-Parameter. Nur bei Tumoren über 2cm war die Größe signifikant für den Hörerhalt. Außer postoperativer Otoliquorrhoe (3 Patienten) und einer lokalen Blutung im äußeren Gehörgang (1 Patient) wurden keine Nebenwirkungen beobachtet. Schlußfolgerung: Die ECoG-Ableitung erweist sich in Kombination mit AEPs als nützliches Zusatzverfahren zum Hörerhalt in der AN-Chirurgie. Besonders hilfreich ist es bei Verwendung der Bipolar-Pinzette sowie beim Bohren, da keine Mittelung notwendig ist. Spezielle Anwendungsmöglichkeiten sind kleine Tumoren mit funktioneller Hörfunktion und/oder einem großen intrameatalen Anteil sowie Fälle mit verlorenem oder gefährdetem kontralateralen Hören (z. B. bilaterale AN), wenn sogar der Erhalt von nicht-funktionellem Hören wünschenswert ist.
This article reviews experimental and clinical data on the use of various neuroprotective agents and therapeutic measures after aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH). While calcium antagonists have been used in the past and are still part of the standard treatment regimen in most departments involved in the treatment of SAH, other classes of drugs and various other methods have been tested for their potential to inhibit delayed ischemia after SAH. This article reviews the literature about clinical studies about the efficacy of various neuroprotective agents and methods including statins, steroids and Endothelin-antagonists and other - alternative - methods like cisternal lavage, intrathecal drug delivery and hypercapnia, offering future perspectives for the treatment of this hazardous disease.
Background
Suboccipital craniectomy is a conventional approach for exploring cerebellopontine angle lesions. A variety of techniques have been successfully employed to reconstruct a craniectomy. This is the first report about the histological findings after performing a cranioplasty by using a mixture of autologous bone chips and human allogenic fibrin glue.
Case presentation
A 53-year-old German woman underwent left lateral suboccipital retrosigmoidal craniectomy for treatment of trigeminal neuralgia in 2008. Cranioplasty was perfomed by using a mixture of autologous bone chips and human allogenic fibrin glue. Due to recurrent neuralgia, a second left lateral suboccipital craniectomy was performed in 2012. The intraoperative findings revealed a complete ossification of the former craniotomy including widely mature trabecular bone tissue in the histological examination.
Conclusion
A mixture of autologous bone chips and human allogenic fibrin glue seems to provide sufficient bone-regeneration revealed by histological and neuroradiological examinations.
This article reviews experimental and clinical data on the use of magnesium as a neuroprotective agent in various conditions of cerebral ischemia. Whereas magnesium has shown neuroprotective properties in animal models of global and focal cerebral ischemia, this effect could not be reproduced in a large human stroke trial. These conflicting results may be explained by the timing of treatment. While treatment can be started before or early after ischemia in experimental studies, there is an inevitable delay of treatment in human stroke. Magnesium administration to women at risk for preterm birth has been investigated in several randomized controlled trials and was found to reduce the risk of neurological deficits for the premature infant. Postnatal administration of magnesium to babies after perinatal asphyxia has been studied in a number of controlled clinical trials. The results are promising but the trials have, so far, been underpowered. In aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH), cerebral ischemia arises with the onset of delayed cerebral vasospasm several days after aneurysm rupture. Similar to perinatal asphyxia in impending preterm delivery, treatment can be started prior to ischemia. The results of clinical trials are conflicting. Several clinical trials did not show an additive effect of magnesium with nimodipine, another calcium antagonist which is routinely administered to SAH patients in many centers. Other trials found a protective effect after magnesium therapy. Thus, it may still be a promising substance in the treatment of secondary cerebral ischemia after aneurysmal SAH. Future prospects of magnesium therapy are discussed.
Background/Aims: The association between postoperative infection and prolonged survival in high-grade glioma is still a matter of debate. Previously we demonstrated that the intracerebral (i.c.) injection of heat-inactivated staphylococcal epitopes (HISE) resulted in a well-defined infux of immunocompetent cells across the blood-brain barrier. The present study investigated the potential antitumoral effect of HISE-immunostimulation in an experimental glioma model. Methods: Wistar rats were intracerebrally implanted with 9L gliosarcoma cells (n=6), 9L cells mixed with HISE (n=12), or phosphate buffered saline (n=4). Tumor growth was measured by serial magnetic resonance imaging (MRI). After death due to the tumor burden, the brains were histopathologically assessed for inflammation and oncolysis. A toxicity assay was performed to quantify potential impairment of HISE on tumor cell growth in vitro. Results: Animals treated by HISE showed a significant increase in average survival and even complete regression of an already established mass in one case. Naïve 9L gliosarcomas failed to recruit significant numbers of systemic immune cells. In contrast, concomitant intracerebral HISE inoculation lead to a oncolysis and a distinct peri- and intratumoral infiltration of macrophages, CD8 and CD4 co-expressing T-lymphocytes in two thirds of the tumor-bearing animals. The toxicity screening showed HISE-mediated oncolysis to be ineffective ex vivo. Conclusion: This study describes a novel approach for combatting malignant glioma using inactivated staphylococci as potent immunomodulators. Our results provide an outline for investigating the strategic potential of bacteria as emerging future therapeutics.
Introduction
Structural plasticity with synapse formation and elimination is a key component of memory capacity and may be critical for functional recovery after brain injury. Here we describe in detail two surgical techniques to create a cranial window in mice and show crucial points in the procedure for long-term repeated in vivo imaging of synaptic structural plasticity in the mouse neocortex.
Methods
Transgenic Thy1-YFP(H) mice expressing yellow-fluorescent protein (YFP) in layer-5 pyramidal neurons were prepared under anesthesia for in vivo imaging of dendritic spines in the parietal cortex either with an open-skull glass or thinned skull window. After a recovery period of 14 days, imaging sessions of 45–60 min in duration were started under fluothane anesthesia. To reduce respiration-induced movement artifacts, the skull was glued to a stainless steel plate fixed to metal base. The animals were set under a two-photon microscope with multifocal scanhead splitter (TriMScope, LaVision BioTec) and the Ti-sapphire laser was tuned to the optimal excitation wavelength for YFP (890 nm). Images were acquired by using a 20×, 0.95 NA, water-immersion objective (Olympus) in imaging depth of 100–200 μm from the pial surface. Two-dimensional projections of three-dimensional image stacks containing dendritic segments of interest were saved for further analysis. At the end of the last imaging session, the mice were decapitated and the brains removed for histological analysis.
Results
Repeated in vivo imaging of dendritic spines of the layer-5 pyramidal neurons was successful using both open-skull glass and thinned skull windows. Both window techniques were associated with low phototoxicity after repeated sessions of imaging.
Conclusions
Repeated imaging of dendritic spines in vivo allows monitoring of long-term structural dynamics of synapses. When carefully controlled for influence of repeated anesthesia and phototoxicity, the method will be suitable to study changes in synaptic structural plasticity after brain injury.
Ziel der Arbeit war es, dichte Neuronenkulturen in kleinere Untereinheiten zu unterteilen, welche durch ihre Neuriten miteinander in Kontakt standen. Zu diesem Zweck wurden auf MEAs zellbindende Kreisareale mittels Mikrostempeltechnik auf die zellabweisende Schicht aus Polyethylenglykol übertragen. Dudurch wurde gewährleistet, dass scharf abgegrenzte Neuronenareale für mehrere Wochen auf dem MEA wuchsen und nach Ausbildung der neuritischen Verbindungen untereinander, die elektrische Aktivität zwischen den Kreiskammern gemessen werden könnte. Das sollte Auskunft über Informationsausbreitung in Neuralnetzen geben und die Theorien über Synchronität und Synfirechains prüfbar machen.
Traumatic brain injury (TBI) induces a strong inflammatory response which includes blood-brain barrier damage, edema formation and infiltration of different immune cell subsets. More recently, microvascular thrombosis has been identified as another pathophysiological feature of TBI. The contact-kinin system represents an interface between inflammatory and thrombotic circuits and is activated in different neurological diseases. C1-Inhibitor counteracts activation of the contact-kinin system at multiple levels. We investigated the therapeutic potential of C1-Inhibitor in a model of TBI. Male and female C57BL/6 mice were subjected to cortical cryolesion and treated with C1-Inhibitor after 1 h. Lesion volumes were assessed between day 1 and day 5 and blood-brain barrier damage, thrombus formation as well as the local inflammatory response were determined post TBI. Treatment of male mice with 15.0 IU C1-Inhibitor, but not 7.5 IU, 1 h after cryolesion reduced lesion volumes by ~75% on day 1. This protective effect was preserved in female mice and at later stages of trauma. Mechanistically, C1-Inhibitor stabilized the blood-brain barrier and decreased the invasion of immune cells into the brain parenchyma. Moreover, C1-Inhibitor had strong antithrombotic effects. C1-Inhibitor represents a multifaceted anti-inflammatory and antithrombotic compound that prevents traumatic neurodegeneration in clinically meaningful settings.
Background
There is growing evidence that endothelial failure and subsequent blood brain barrier (BBB) breakdown initiate cerebral small vessel disease (CSVD) pathology. In spontaneously hypertensive stroke-prone rats (SHRSP) endothelial damage is indicated by intraluminal accumulations of erythrocytes (erythrocyte thrombi) that are not observed with current magnetic resonance imaging techniques. Two-photon microscopy (2 PM) offers the potential for real-time direct detection of the small vasculature. Thus, within this pilot study we investigated the sensitivity of 2 PM to detect erythrocyte thrombi expressing initiating CSVD phenomena in vivo.
Methods
Eight SHRSP and 13 Wistar controls were used for in vivo imaging and subsequent histology with haematoxylin-eosin (HE). For 2 PM, cerebral blood vessels were labeled by fluorescent Dextran (70 kDa) applied intraorbitally. The correlation between vascular erythrocyte thrombi observed by 2 PM and HE-staining was assessed. Artificial surgical damage and parenchymal Dextran distribution were analyzed postmortem.
Results
Dextran was distributed within the small vessel walls and co-localized with IgG.
Artificial surgical damage was comparable between SHRSP and Wistar controls and mainly affected the small vasculature. In fewer than 20% of animals there was correlation between erythrocyte thrombi as observed with 2 PM and histologically with HE.
Conclusions
Contrary to our initial expectations, there was little agreement between intravital 2 PM imaging and histology for the detection of erythrocyte thrombi. Two-photon microscopy is a valuable technique that complements but does not replace the value of conventional histology.
Traumatic brain injury (TBI) is a major cause of mortality and morbidity worldwide. Despite improvements in acute intensive care, there are currently no specific therapies to ameliorate the effects of TBI. Successful therapeutic strategies for TBI should target multiple pathophysiologic mechanisms that occur at different stages of brain injury. The kallikrein-kinin system is a promising therapeutic target for TBI as it mediates key pathologic events of traumatic brain damage, such as edema formation, inflammation, and thrombosis. Selective and specific kinin receptor antagonists and inhibitors of plasma kallikrein and coagulation factor XII have been developed, and have already shown therapeutic efficacy in animal models of stroke and TBI. However, conflicting preclinical evaluation, as well as limited and inconclusive data from clinical trials in TBI, suggests that caution should be taken before transferring observations made in animals to humans. This review summarizes current evidence on the pathologic significance of the kallikrein-kinin system during TBI in animal models and, where available, the experimental findings are compared with human data.