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This paper provides an overview of current progress in the technological advances and the use of deep brain stimulation (DBS) to treat neurological and neuropsychiatric disorders, as presented by participants of the Fourth Annual DBS Think Tank, which was convened in March 2016 in conjunction with the Center for Movement Disorders and Neurorestoration at the University of Florida, Gainesveille FL, USA. The Think Tank discussions first focused on policy and advocacy in DBS research and clinical practice, formation of registries, and issues involving the use of DBS in the treatment of Tourette Syndrome. Next, advances in the use of neuroimaging and electrochemical markers to enhance DBS specificity were addressed. Updates on ongoing use and developments of DBS for the treatment of Parkinson's disease, essential tremor, Alzheimer's disease, depression, post-traumatic stress disorder, obesity, addiction were presented, and progress toward innovation(s) in closed-loop applications were discussed. Each section of these proceedings provides updates and highlights of new information as presented at this year's international Think Tank, with a view toward current and near future advancement of the field.
Regional iron accumulation and α‐synuclein (α‐syn) spreading pathology within the central nervous system are common pathological findings in Parkinson's disease (PD). Whereas iron is known to bind to α‐syn, facilitating its aggregation and regulating α‐syn expression, it remains unclear if and how iron also modulates α‐syn spreading. To elucidate the influence of iron on the propagation of α‐syn pathology, we investigated α‐syn spreading after stereotactic injection of α‐syn preformed fibrils (PFFs) into the striatum of mouse brains after neonatal brain iron enrichment. C57Bl/6J mouse pups received oral gavage with 60, 120, or 240 mg/kg carbonyl iron or vehicle between postnatal days 10 and 17. At 12 weeks of age, intrastriatal injections of 5‐µg PFFs were performed to induce seeding of α‐syn aggregates. At 90 days post‐injection, PFFs‐injected mice displayed long‐term memory deficits, without affection of motor behavior. Interestingly, quantification of α‐syn phosphorylated at S129 showed reduced α‐syn pathology and attenuated spreading to connectome‐specific brain regions after brain iron enrichment. Furthermore, PFFs injection caused intrastriatal microglia accumulation, which was alleviated by iron in a dose‐dependent way. In primary cortical neurons in a microfluidic chamber model in vitro, iron application did not alter trans‐synaptic α‐syn propagation, possibly indicating an involvement of non‐neuronal cells in this process. Our study suggests that α‐syn PFFs may induce cognitive deficits in mice independent of iron. However, a redistribution of α‐syn aggregate pathology and reduction of striatal microglia accumulation in the mouse brain may be mediated via iron‐induced alterations of the brain connectome.
Die Multiple Sklerose ist eine chronische neurologische Erkrankung, welche in der industrialisierten Welt einen der häufigsten Gründe für eine bleibende Behinderung bei jungen Erwachsenen darstellt. Obwohl die ZNS-Schädigung, charakterisiert durch Demyelinisierung und axonale Schädigung im Rahmen entzündlicher Vorgänge, durch verschiedene Reparaturmechanismen reduziert wird, akkumuliert die Läsionslast im zentralen Nervensystem mit der Zeit. T2-gewichtete MRT-Studien zeigen, dass die dargestellten Pathologien nur mäßig mit den motorischen Defiziten korrelieren. Diese Diskrepanz wird unter anderem auf Vorgänge der Neuroplastizität zurückgeführt, als deren Basismechanismen Langzeitpotenzierung (LTP) und -depression (LTD) gelten. In verschiedenen fMRT-Studien haben sich Hinweise ergeben, dass diese adaptiven Veränderungen zur Reorganisation kortikaler Repräsentationmuster führen können, so dass bei MS-Patienten eine ausgedehntere Aktivierung ipsilateraler sensomotorischer Areale bei motorischen Aufgaben zu beobachten ist. Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) bietet die Möglichkeit, mittels virtueller Läsionstechniken eine direkte Aussage über die kausale Beziehung zwischen Struktur und Funktion zu liefern. Die funktionelle Rolle ipsilateraler Motorareale wurde an 26 MS-Patienten, in Relation zu ihrer motorischen Beeinträchtigung und ZNS-Schädigung, und an nach Alter, Geschlecht und Händigkeit zugeordneten Kontrollprobanden, untersucht. Die motorische Leistungsfähigkeit wurde durch verschiedene Tests zur Handfunktion erhoben. Die ZNS-Schädigung wurde mittels MR-Spektroskopie als NAA/Cr Quotient sowie durch die CML erhoben. Die Aufgabe zur einfachen Reaktionszeit (SRT) bestand aus einer isometrischen Abduktionsbewegung des rechten Daumens gegen einen Kraftaufnehmer auf ein akustisches Go-Signal. Mit TMS-Einzelreizen wurde mit Hilfe einer Neuronavigation eine reversible virtuelle Läsion über bestimmten Gehirnarealen, kontralateraler M1, ipsilateraler M1 und ipsilateraler PMd, erzeugt. Es wurde eine Kontrollstimulation über MO durchgeführt. Die TMS-Einzelreize wurden 100ms nach dem Go-Signal appliziert. Als SRT wurde der Zeitraum zwischen dem Go-Signal und EMG-Beginn im APB definiert. Die signifikanten SRT-Verlängerungen bei TMS über dem ipsilateralen M1 und dem ipsilateralen PMd zeigen, dass diese Regionen eine Rolle bei der motorischen Funktion bei MS spielen. Die fehlenden Korrelationen zwischen motorischen Funktionstest und NAA/Cr-Verhältnis sowie die inverse Korrelation zur kortikomuskulären Latenz sind durch strukturell von der krankheitsbedingten Pathologie betroffenen kompensierenden Gehirnregionen erklärbar. Bei dem Theta Burst Experiments (TBS) wurde ein virtueller Läsionseffekt durch eine repetitive TMS-Intervention über dem ipsilateralen M1 induziert. Die Ergebnisse zeigen ähnliche Veränderungen der Exzitabilität bei MS-Patienten und gesunden Kontrollprobanden, was schließen lässt, dass die LTD bei mild bis moderat betroffenen MS-Patienten weitestgehend unbeeinträchtigt ist. MS-Patienten zeigen im Vergleich zu den Kontrollen eine ähnliche Minderung der Verhaltensleistung, Trefferquote in ein Kraftfenster, der MS-Patienten im Kontrollvergleich. Die Ergebnisse zeigen, dass ipsilaterale motorische Areale in der Lage sind den primär motorischen Kortex soweit zu kompensieren, jedoch die Fähigkeit zur Kompensation in fortgeschrittenen Krankheitsstadien eingeschränkt ist. Abschließend kann man zusammenfassen, dass die funktionelle Rekrutierung von ipsilateralen Motorarealen eine adaptive Antwort auf chronische Gehirnschädigung bei MS-Patienten sein kann, allerdings mit Einschränkung der Kapazität in fortgeschrittenen Krankheitsstadien. Nachdem die synaptische Plastizität weitestgehend intakt scheint, sollte man besonders Mechanismen der späten Phase der Plastizität fördern, welche auf eine langfristige kortikale Plastizität abzielen. Weitere Studien in diesem Forschungszweig könnten einen Beitrag zur Entwicklung therapeutischer Konzepte der Neurorehabilitation bei Multipler Sklerose leisten.
Background: Patients presenting with bilateral trigeminal hypoesthesia may go on to have trigeminal isolated sensory neuropathy, a benign, purely trigeminal neuropathy, or facial-onset sensory motor neuronopathy (FOSMN), a malignant life-threatening condition. No diagnostic criteria can yet differentiate the two conditions at their onset. Nor is it clear whether the two diseases are distinct entities or share common pathophysiological mechanisms.
Methods: Seeking pathophysiological and diagnostic information to distinguish these two conditions at their onset, in this neurophysiological and morphometric study we neurophysiologically assessed function in myelinated and unmyelinated fibres and histologically examined supraorbital nerve biopsy specimens with optic and electron microscopy in 13 consecutive patients with recent onset trigeminal hypoesthesia and pain.
Results: The disease course distinctly differed in the 13 patients. During a mean 10 year follow-up whereas in eight patients the disease remained relatively stable, in the other five it progressed to possibly life-threatening motor disturbances and extra-trigeminal spread. From two to six years elapsed between the first sensory symptoms and the onset of motor disorders. In patients with trigeminal isolated sensory neuropathy (TISN) and in those with FOSMN neurophysiological and histological examination documented a neuronopathy manifesting with trigeminal nerve damage selectively affecting myelinated fibres, but sparing the Ia-fibre-mediated proprioceptive reflex.
Conclusions: Although no clinical diagnostic criteria can distinguish the two conditions at onset, neurophysiological and nerve-biopsy findings specify that in both disorders trigeminal nerve damage manifests as a dissociated neuronopathy affecting myelinated and sparing unmyelinated fibres, thus suggesting similar pathophysiological mechanisms.
Cervical dystonia (CD) is a movement disorder which affects daily living of many patients. In clinical practice, several unmet treatment needs remain open. This article focuses on the four main aspects of treatment. We describe existing and emerging treatment approaches for CD, including botulinum toxin injections, surgical therapy, management of non-motor symptoms, and rehabilitation strategies. The unsolved issues regarding each of these treatments are identified and discussed, and possible future approaches and research lines are proposed.
Background:
Deep brain stimulation (DBS) is the chronic electrical stimulation of selected target sites in the brain through stereotactically implanted electrodes. More than 150 000 patients around the world have been treated to date with DBS for medically intractable conditions. The indications for DBS include movement disorders, epilepsy, and some types of mental illness.
Methods:
This review is based on relevant publications retrieved by a selective search in PubMed and the Cochrane Library, and on the current guidelines of the German Neurological Society (Deutsche Gesellschaft fur Neurologie, DGN).
Results: DBS is usually performed to treat neurological diseases, most often movement disorders and, in particular, Parkinson's disease. Multiple randomized controlled trials (RCTs) have shown that DBS improves tremor, dyskinesia, and quality of life in patients with Parkinson's disease by 25% to 50%, depending on the rating scales used. DBS for tremor usually involves stimulation in the cerebello-thalamo-cortical regulatory loop. In an RCT of DBS for the treatment of primary generalized dystonia, the patients who underwent DBS experienced a 39.3% improvement of dystonia, compared to only 4.9% in the control group. Two multicenter trials of DBS for depression were terminated early because of a lack of efficacy.
Conclusion:
DBS is an established treatment for various neurological and psychiatric diseases. It has been incorporated in the DGN guidelines and is now considered a standard treatment for advanced Parkinson's disease. The safety and efficacy of DBS can be expected to improve with the application of new technical developments in electrode geometry and new imaging techniques. Controlled trials would be helpful so that DBS could be extended to further indications, particularly psychiatric ones.
In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob zerebrale Mikroblutungen (CMB) bereits im frühen Verlauf nach ischämischem Schlaganfall (IS) oder Transitorisch-Ischämischer Attacke (TIA) mit kognitivem Abbau assoziiert sind und ob spezifische kognitive Domänen besonders betroffen sind. Der Vergleich zweier Probandengruppen mit IS/TIA und CMB bzw. IS/TIA ohne CMB hinsichtlich ihrer Ergebnisse in der neuropsychologischen Testbatterie CERAD ergab, dass CMB bereits sechs Monate nach dem zerebrovaskulären Ereignis mit einem kognitiven Abbau assoziiert sind. Multilokuläre CMB zeigen eine stärkere Auswirkung auf die Kognition als solche CMB, die in einer einzigen Hirnregion gefunden wurden. Zudem wurde eine signifikante Korrelation zwischen dem Grad der kognitiven Einschränkung und der Anzahl der CMB errechnet. Die separate Betrachtung derjenigen Testungen, welche das episodische Gedächtnis erfassen, zeigte eine Beeinträchtigung der Testpersonen beim Wiedererkennen von zuvor gelernten Wörtern. Bei der Untersuchung des semantischen Gedächtnisses der ProbandInnen fiel eine signifikant eingeschränkte phonematische Wortflüssigkeit auf, die semantische Flüssigkeit und das Benennen jedoch waren weniger betroffen. Die Domäne „Visuokonstruktive Fähigkeiten“ wurde ebenfalls in drei Untertests beurteilt. Hierbei zeigten sich keine Defizite der Testgruppe beim Abzeichnen der dargebotenen Figuren, die Reproduktion hingegen war signifikant gestört. Es zeigte sich keine CMB-bedingte Einschränkung der exekutiven Funktionen.
Die Prognose einer lebensbedrohlichen Meningitis wird bestimmt durch möglichst erregergerechte und möglichst frühzeitige Therapie. Dabei spielt die Unterscheidung zwischen eitriger Meningitis durch typische oder schwer anzüchtbare Bakterien und abakterieller Meningitis eine Rolle, um die potentiellen Komplikationen unnötiger Polypragmasie zu vermeiden. Daher sind möglichst einfach und rasch zu bestimmende Laborparameter zur Untersuchung wünschenswert. Als relativ neuer Parameter zur Differenzierung bakterieller von nicht bakteriellen Infekten ist Procalcitonin (PCT) eingeführt, dessen Bestimmung jetzt auch am Krankenbett möglich ist. PCT hat bisher seine Nützlichkeit v. a. in der Sepsiserkennung und –therapie gezeigt. Erste Fragestellung dieser retrospektiven Analyse von Meningoencephalitispatienten war, ob bei Erwachsenen durch Messung des PCT-Spiegels eine Differenzierung zwischen bakterieller oder viraler Genese gelingt, und ob der Bedsidetest so zuverlässig ist wie der aufwändigere LUMItest®. Dazu wurden retrospektiv die Daten von 141 Patienten erhoben, die 1992-2001 an der Neurologischen Universitätsklinik Würzburg mit gesicherter Meningitis behandelt wurden, von denen sowohl Akten als auch Liquor- und Serumasservate vorlagen, in denen die PCT-Messungen durchgeführt wurden. In den Untersuchungen von Schwarz et al. [102], Gendrel et al. [100] und Jereb et al. [104] wurde bei einem PCT-Grenzwert von 0,5 ng/ml eine Spezifität von 100 % für die Differenzierung bakterielle verusus abakterielle Meninigitis gefunden. Dagegen wären bei gleicher Messmethodik im hier vorliegendem größeren Patientengut 35 % der gesicherten bakteriellen Meningitiden bei einem „cut-off“ von 0,5 ng/ml nicht als solche erkannt worden. 5 % der nicht-bakteriellen Meningitiden wären mittels PCT-Messung als bakteriell eingestuft worden. Im hier untersuchten Patientenkollektiv hatte PCT als diagnostischer Parameter für diese Fragestellung bei einem Grenzwert von 0,5 ng/ml eine Sensitivität von 65 % und eine Spezifität von 96 %. Eine 100 % Spezifität wäre in unserer Untersuchung bei einem „cut-off“ von 1 ng/ml erreicht worden. Diese Grenze wird jedoch auf dem Schnelltest nicht angegeben. Es stellte sich hier heraus, dass der PCT®-Q Schnelltest im Bereich > 0,5 ng/ml bzw. <0,5 ng/ml dem LUMItest® vergleichbare Ergebnisse lieferte. Das bedeutet zwar, dass alle bakteriellen Meningitiden durch typische Erreger (Meningokokken und Pneumokokken) rasch und sicher bettseitig mittels PCT-Schnelltest hätten identifiziert werden können. Aber ein niedriger PCT-Wert schloss eine bakterielle Meningitis, insbesondere eine durch „atypische Erreger“ wie Listerien und Mycobakterien, nicht sicher aus. Denkbare Störgrößen für das vorliegende Ergebnis sind Antibiotikagabe und Immunschwäche. Ein statistisch auffallender Einfluss einer Antibiotikatherapie auf den PCT-Spiegel konnte in unserem Patientengut nicht festgestellt werden. Für die wenigen Fälle mit anzunehmender verminderter Immunleistung ließ sich keine Regel bezüglich der PCT-Reaktion ableiten. Damit erscheint der Schnelltest im klinischen Alltag für eine 100% spezifische, sichere Unterscheidung bakterielle vs. nicht-bakterielle Meniongoencephalitis nicht geeignet; das bisher größte untersuchte Kollektiv hat den in der Literatur angegebenen „cut-off“ von 0,5 ng/ml für eine sichere Differenzierung nicht bestätigen können. Die zweite Frage ist, ob die Messung des PCT den traditionellen Parametern Liquorzellzahl, Liquoreiweiß, Liquor/Serum-Glucosequotient, BSG, Serumleukozytenzahl oder CRP bezüglich Spezifität und Sensitivität in der Differentialdiagnose überlegen ist. Es zeigte sich, dass CRP bei einem Grenzwert von 5-6 mg/dl mit einer Sensitivität und Spezifität von 95 % und 98 % die sicherste Differenzierung zwischen bakterieller und abakterieller Meningitis bei diesem Patientenkollektiv leistete. Mithin kann die PCT-Bestimmung am Krankenbett in der Akutaufnahmesituation eines Patienten mit Meningoencephalitis bei Werten > 10 ng/ml zwar treffsicher die Diagnose einer Meningokokken- oder Pneumokokken-Infektion stützen. Für jede darüber hinaus gehende Schlussfolgerung erscheint die PCT-Messung aber entbehrlich wegen mangelhafter Spezifität und Sensitivität und v.a. der Unterlegenheit gegenüber traditionell herangezogenen Laborparametern, insbesondere CRP. Folglich erwies sich die Bestimmung des PCT bei akuter Meningoencephalitis als entbehrlich.
Schwerpunktmäßig befasst sich diese Arbeit mit den praktischen Vorgängen zur Zählung von Neuronen mit dem optischen Fraktionator unter dem Mikroskop, wobei zur Veranschaulichung die Neuronen in der Substantia Nigra an C57BL/6-Mäusen gezählt wurden. Es wurde erläutert, wie die Einstellungen der jeweiligen Methode vorzunehmen sind und auf die angestrebten Ziele angepasst werden können, um ein effizientes Zählen von Neuronen unter Berücksichtigung grundlegender Zählregeln zu gewährleisten. Gleichzeitig wurde gezeigt, wie die Methoden des optischen Fraktionators die gewünschten präzisen Ergebnisse anhand des CE-Wertes liefern können.
Die in dieser Arbeit präsentierte Axiophot-2-Methode ist in der Lage, selbst mit einem einfachen, kommerziell erhältlichen Lichtmikroskop und einem Standbildaufnahmeprogramm die Gesamtanzahl von Zellen einer gegebenen Struktur unter Beachtung aller stereologischen Regeln zu zählen – und zwar genauso effizient und mit vergleichbaren Ergebnissen wie mit einem speziell für stereologische Untersuchungen vorgefertigtes Komplettsystem. Vergleiche beider Methoden zueinander ergeben folgende Schlussfolgerungen: bei dem Stereo Investigator, ist die Untersuchung zwar wesentlich schneller, da die Bildaufnahme und Auswertung mittels voreingestellten Programmes automatisch durchgeführt werden. Allerdings ist solch ein Komplettsystem sehr kostspielig (ca. 60.000 Euro Anschaffungskosten) und nicht flexibel auf andere Untersuchungsbereiche einsetzbar.
Die Axiophot-2-Methode weist zwar einige Nachteile aufgrund der manuellen Vorarbeiten auf, ist aber dafür wesentlich günstiger und zugänglicher, da sie nur ein konventionelles Mikroskop mit einem Standardprogramm erfordert.
Nitric oxide synthase modulates CFA-induced thermal hyperalgesia through cytokine regulation in mice
(2010)
Background: Although it has been largely demonstrated that nitric oxide synthase (NOS), a key enzyme for nitric oxide (NO) production, modulates inflammatory pain, the molecular mechanisms underlying these effects remain to be clarified. Here we asked whether cytokines, which have well-described roles in inflammatory pain, are downstream targets of NO in inflammatory pain and which of the isoforms of NOS are involved in this process. Results: Intraperitoneal (i.p.) pretreatment with 7-nitroindazole sodium salt (7-NINA, a selective neuronal NOS inhibitor), aminoguanidine hydrochloride (AG, a selective inducible NOS inhibitor), L-N(G)-nitroarginine methyl ester (L-NAME, a non-selective NOS inhibitor), but not L-N(5)-(1-iminoethyl)-ornithine (L-NIO, a selective endothelial NOS inhibitor), significantly attenuated thermal hyperalgesia induced by intraplantar (i.pl.) injection of complete Freund’s adjuvant (CFA). Real-time reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) revealed a significant increase of nNOS, iNOS, and eNOS gene expression, as well as tumor necrosis factor-alpha (TNF), interleukin-1 beta (IL-1b), and interleukin-10 (IL-10) gene expression in plantar skin, following CFA. Pretreatment with the NOS inhibitors prevented the CFA-induced increase of the pro-inflammatory cytokines TNF and IL-1b. The increase of the antiinflammatory cytokine IL-10 was augmented in mice pretreated with 7-NINA or L-NAME, but reduced in mice receiving AG or L-NIO. NNOS-, iNOS- or eNOS-knockout (KO) mice had lower gene expression of TNF, IL-1b, and IL-10 following CFA, overall corroborating the inhibitor data. Conclusion: These findings lead us to propose that inhibition of NOS modulates inflammatory thermal hyperalgesia by regulating cytokine expression.
Background: The role of serotonin (5-hydroxytrptamine, 5-HT) in the modulation of pain has been widely studied. Previous work led to the hypothesis that 5-hydroxyindolacetic acid (5-HIAA), a main metabolite of serotonin, might by itself influence pain thresholds. Results: In the present study, we investigated the role of 5-HIAA in inflammatory pain induced by intraplantar injection of complete Freund’s adjuvant (CFA) into the hind paw of mice. Wild-type mice were compared to mice deficient of the 5-HT transporter (5-HTT-/- mice) using behavioral tests for hyperalgesia and high-performance liquid chromatography (HPLC) to determine tissue levels of 5-HIAA. Wild-type mice reproducibly developed thermal hyperalgesia and paw edema for 5 days after CFA injection. 5-HTT-/- mice treated with CFA had reduced thermal hyperalgesia on day 1 after CFA injection and normal responses to heat hereafter. The 5-HIAA levels in spinal cord and sciatic nerve as measured with HPLC were lower in 5-HTT-/- mice than in wild-type mice after CFA injection. Pretreatment of wild-type mice with intraperitoneal injection of para-chlorophenylalanine (p-CPA), a serotonin synthesis inhibitor, resulted in depletion of the 5-HIAA content in spinal cord and sciatic nerve and decrease in thermal hyperalgesia in CFA injected mice. The application of exogenous 5-HIAA resulted in potentiation of thermal hyperalgesia induced by CFA in 5-HTT-/- mice and in wild-type mice pretreated with p- CPA, but not in wild-type mice without p-CPA pretreatment. Further, methysergide, a broad-spectrum serotonin receptor antagonist, had no effect on 5-HIAA-induced potentiation of thermal hyperalgesia in CFA-treated wildtype mice. Conclusion: Taken together, the present results suggest that 5-HIAA plays an important role in modulating peripheral thermal hyperalgesia in CFA induced inflammation, probably via a non-serotonin receptor mechanism.
Tetrahydroisoquinolines (TIQs) such as salsolinol (SAL), norsalsolinol (NSAL) and their methylated derivatives N-methyl-norsalsolinol (NMNSAL) and N-methyl-salsolinol (NMSAL), modulate dopaminergic neurotransmission and metabolism in the central nervous system. Dopaminergic neurotransmission is thought to play an important role in the pathophysiology of chronic tic disorders, such as Tourette syndrome (TS). Therefore, the urinary concentrations of these TIQ derivatives were measured in patients with TS and patients with comorbid attention-deficit/hyperactivity disorder (TS + ADHD) compared with controls. Seventeen patients with TS, 12 with TS and ADHD, and 19 age-matched healthy controls with no medication took part in this study. Free levels of NSAL, NMNSAL, SAL, and NMSAL in urine were measured by a two-phase chromatographic approach. Furthermore, individual TIQ concentrations in TS patients were used in receiver-operating characteristics (ROC) curve analysis to examine the diagnostic value. NSAL concentrations were elevated significantly in TS [434.67 ± 55.4 nmol/l (standard error of mean = S.E.M.), two-way ANOVA, p < 0.0001] and TS + ADHD patients [605.18 ± 170.21 nmol/l (S.E.M.), two-way ANOVA, p < 0.0001] compared with controls [107.02 ± 33.18 nmol/l (S.E.M.), two-way ANOVA, p < 0.0001] and NSAL levels in TS + ADHD patients were elevated significantly in comparison with TS patients (two-way ANOVA, p = 0.017). NSAL demonstrated an AUC of 0.93 ± 0.046 (S.E.M) the highest diagnostic value of all metabolites for the diagnosis of TS. Our results suggest a dopaminergic hyperactivity underlying the pathophysiology of TS and ADHD. In addition, NSAL concentrations in urine may be a potential diagnostic biomarker of TS.
The size of the synaptic subcomponents falls below the limits of visible light microscopy. Despite new developments in advanced microscopy techniques, the resolution of transmission electron microscopy (TEM) remains unsurpassed. The requirements of tissue preservation are very high, and human post mortem material often does not offer adequate quality. However, new reprogramming techniques that generate human neurons in vitro provide samples that can easily fulfill these requirements. The objective of this study was to identify the culture technique with the best ultrastructural preservation in combination with the best embedding and contrasting technique for visualizing neuronal elements. Two induced neural stem cell lines derived from healthy control subjects underwent differentiation either adherent on glass coverslips, embedded in a droplet of highly concentrated Matrigel, or as a compact neurosphere. Afterward, they were fixed using a combination of glutaraldehyde (GA) and paraformaldehyde (PFA) followed by three approaches (standard stain, Ruthenium red stain, high contrast en-bloc stain) using different combinations of membrane enhancing and contrasting steps before ultrathin sectioning and imaging by TEM. The compact free-floating neurospheres exhibited the best ultrastructural preservation. High-contrast en-bloc stain offered particularly sharp staining of membrane structures and the highest quality visualization of neuronal structures. In conclusion, compact neurospheres growing under free-floating conditions in combination with a high contrast en-bloc staining protocol, offer the optimal preservation and contrast with a particular focus on visualizing membrane structures as required for analyzing synaptic structures.
Activation of the basal ganglia has been shown during the preparation and execution of movement. However, the functional interaction of cortical and subcortical brain areas during movement and the relative contribution of dopaminergic striatal innervation remains unclear. We recorded local field potential (LFP) activity from the subthalamic nucleus (STN) and high-density electroencephalography (EEG) signals in four patients with Parkinson’s disease (PD) off dopaminergic medication during a multi-joint motor task performed with their dominant and non-dominant hand. Recordings were performed by means of a fully-implantable deep brain stimulation (DBS) device at 4 months after surgery. Three patients also performed a single-photon computed tomography (SPECT) with [123I]N-ω-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3β-(4-iodophenyl)nortropane (FP-CIT) to assess striatal dopaminergic innervation. Unilateral movement execution led to event-related desynchronization (ERD) followed by a rebound after movement termination event-related synchronization (ERS) of oscillatory beta activity in the STN and primary sensorimotor cortex of both hemispheres. Dopamine deficiency directly influenced movement-related beta-modulation, with greater beta-suppression in the most dopamine-depleted hemisphere for both ipsi- and contralateral hand movements. Cortical-subcortical, but not interhemispheric subcortical coherencies were modulated by movement and influenced by striatal dopaminergic innervation, being stronger in the most dopamine-depleted hemisphere. The data are consistent with a role of dopamine in shielding subcortical structures from an excessive cortical entrapment and cross-hemispheric coupling, thus allowing fine-tuning of movement.
Background: The trophic, anti-apoptotic and regenerative effects of bone marrow mesenchymal stromal cells (MSC) may reduce neuronal cell loss in neurodegenerative disorders.
Methods: We used MSC as a novel candidate therapeutic tool in a pilot phase-I study for patients affected by progressive supranuclear palsy (PSP), a rare, severe and no-option form of Parkinsonism. Five patients received the cells by infusion into the cerebral arteries. Effects were assessed using the best available motor function rating scales (UPDRS, Hoehn and Yahr, PSP rating scale), as well as neuropsychological assessments, gait analysis and brain imaging before and after cell administration.
Results: One year after cell infusion, all treated patients were alive, except one, who died 9 months after the infusion for reasons not related to cell administration or to disease progression (accidental fall). In all treated patients motor function rating scales remained stable for at least six-months during the one-year follow-up.
Conclusions: We have demonstrated for the first time that MSC administration is feasible in subjects with PSP. In these patients, in whom deterioration of motor function is invariably rapid, we recorded clinical stabilization for at least 6 months. These encouraging results pave the way to the next randomized, placebo-controlled phase-II study that will definitively provide information on the efficacy of this innovative approach.
Background:
Fabry disease is an inherited metabolic disorder characterized by progressive lysosomal accumulation of lipids in a variety of cell types, including neural cells. Small, unmyelinated nerve fibers are particularly affected and small fiber peripheral neuropathy often clinically manifests at young age. Peripheral pain can be chronic and/or occur as provoked attacks of excruciating pain. Manifestations of dysfunction of small autonomic fibers may include, among others, impaired sweating, gastrointestinal dysmotility, and abnormal pain perception. Patients with Fabry disease often remain undiagnosed until severe complications involving the kidney, heart, peripheral nerves and/or brain have arisen.
Methods:
An international expert panel convened with the goal to provide guidance to clinicians who may encounter unrecognized patients with Fabry disease on how to diagnose these patients early using simple diagnostic tests. A further aim was to offer recommendations to control neuropathic pain.
Results:
We describe the neuropathy in Fabry disease, focusing on peripheral small fiber dysfunction - the hallmark of early neurologic involvement in this disorder. The clinical course of peripheral pain is summarized, and the importance of medical history-taking, including family history, is highlighted. A thorough physical examination (e. g., angiokeratoma, corneal opacities) and simple non-invasive sensory perception tests could provide clues to the diagnosis of Fabry disease. Reported early clinical benefits of enzyme replacement therapy include reduction of neuropathic pain, and adequate management of residual pain to a tolerable and functional level can substantially improve the quality of life for patients.
Conclusions:
Our recommendations can assist in diagnosing Fabry small fiber neuropathy early, and offer clinicians guidance in controlling peripheral pain. This is particularly important since management of pain in young patients with Fabry disease appears to be inadequate.
In den Jahren von 2006 bis 2016 sind am Universitätsklinikum Würzburg insgesamt 26 Patienten mit der Diagnose einer Autoimmunen Enzephalitis behandelt worden. Diese Arbeit zeigt ihre Krankheitsverläufe, Outcome, die gefundenen Antikörper und die Therapien der jeweiligen Patienten. Im zweiten Schritt wurden die Daten mit den in der Literatur bereits beschrieben Fällen verglichen, um Gemeinsamkeiten, aber auch Unterschiede aufzeigen zu können.
In den letzten Jahren gewann das Konzept der Paranodopathien als eigene Krankheitsentität der inflammatorischen Polyneuropathien zunehmend an Bedeutung. Die Forschung konzentrierte sich dabei überwiegend auf die chronisch inflammatorische Polyradikuloneuropathie (CIDP). In dieser Arbeit werden (para-)nodale Antikörper gegen Neurofascin-155, panNeurofascin, Contactin-1 und Caspr-1 in einer großen Kohorte von Patienten mit Guillain-Barré-Syndrom (GBS) und CIDP nachgewiesen. Patienten mit Anti-panNeurofascin-Antikörpern zeigten besonders schwere Verlaufsformen. Patienten mit anderen (para-)nodalen Antikörpern zeigten je nach IgG-Subklasse der Antikörper spezifische klinische Merkmale und ein unterschiedliches Ansprechen auf die Therapie. Die Arbeit zeigt, dass die Bestimmung (para-)nodaler Antikörper bei Patienten mit GBS und CIDP im klinischen Alltag zur Einordung der Prognose und Therapieplanung sinnvoll sein kann.
Differential diagnosis of parkinsonism: a head-to-head comparison of FDG PET and MIBG scintigraphy
(2020)
[\(^{18}\)F]fluorodeoxyglucose (FDG) PET and [\(^{123}\)I]metaiodobenzylguanidine (MIBG) scintigraphy may contribute to the differential diagnosis of neurodegenerative parkinsonism. To identify the superior method, we retrospectively evaluated 54 patients with suspected neurodegenerative parkinsonism, who were referred for FDG PET and MIBG scintigraphy. Two investigators visually assessed FDG PET scans using an ordinal 6-step score for disease-specific patterns of Lewy body diseases (LBD) or atypical parkinsonism (APS) and assigned the latter to the subgroups multiple system atrophy (MSA), progressive supranuclear palsy (PSP), or corticobasal syndrome. Regions-of-interest analysis on anterior planar MIBG images served to calculate the heart-to-mediastinum ratio. Movement disorder specialists blinded to imaging results established clinical follow-up diagnosis by means of guideline-derived case vignettes. Clinical follow-up (1.7 +/- 2.3 years) revealed the following diagnoses: n = 19 LBD (n = 17 Parkinson's disease [PD], n = 1 PD dementia, and n = 1 dementia with Lewy bodies), n = 31 APS (n = 28 MSA, n = 3 PSP), n = 3 non-neurodegenerative parkinsonism; n = 1 patient could not be diagnosed and was excluded. Receiver operating characteristic analyses for discriminating LBD vs. non-LBD revealed a larger area under the curve for FDG PET than for MIBG scintigraphy at statistical trend level for consensus rating (0.82 vs. 0.69, p = 0.06; significant for investigator #1: 0.83 vs. 0.69, p = 0.04). The analysis of PD vs. MSA showed a similar difference (0.82 vs. 0.69, p = 0.11; rater #1: 0.83 vs. 0.69, p = 0.07). Albeit the notable differences in diagnostic performance did not attain statistical significance, the authors consider this finding clinically relevant and suggest that FDG PET, which also allows for subgrouping of APS, should be preferred.
Objective: To investigate the association between levodopa‐induced dyskinesias and striatal cholinergic activity in patients with Parkinson's disease.
Methods: This study included 13 Parkinson's disease patients with peak‐of‐dose levodopa‐induced dyskinesias, 12 nondyskinetic patients, and 12 healthy controls. Participants underwent 5‐[\(^{123}\)I]iodo‐3‐[2(S)‐2‐azetidinylmethoxy]pyridine single‐photon emission computed tomography, a marker of nicotinic acetylcholine receptors, [\(^{123}\)I]N‐ω‐fluoropropyl‐2β‐carbomethoxy‐3β‐(4‐iodophenyl)nortropane single‐photon emission computed tomography, to measure dopamine reuptake transporter density and 2‐[\(^{18}\)F]fluoro‐2‐deoxyglucose positron emission tomography to assess regional cerebral metabolic activity. Striatal binding potentials, uptake values at basal ganglia structures, and correlations with clinical variables were analyzed.
Results: Density of nicotinic acetylcholine receptors in the caudate nucleus of dyskinetic subjects was similar to that of healthy controls and significantly higher to that of nondyskinetic patients, in particular, contralaterally to the clinically most affected side.
Interpretation: Our findings support the hypothesis that the expression of dyskinesia may be related to cholinergic neuronal excitability in a dopaminergic‐depleted striatum. Cholinergic signaling would play a role in maintaining striatal dopaminergic responsiveness, possibly defining disease phenotype and progression.