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Das Glioblastom (GBM) ist der häufigste maligne primäre Hirntumor im Erwachsenenalter und geht mit einer infausten Prognose einher. Die Standardtherapie bei Erstdiagnose besteht aus Tumorresektion gefolgt von kombinierter Radiochemotherapie mit Temozolomid nach Stupp-Schema. Eine neue Therapieoption stellen die Tumor Treating Fields (TTFields) in Form lokal applizierter elektrischer Wechselfelder dar. Mit dem Einsatz der TTFields kann durch Störung der mitotischen Abläufe die Zellproliferation von Tumorzellen gehemmt und dadurch das Gesamtüberleben im Vergleich zur alleinigen Radiochemotherapie nachweislich deutlich verlängert werden. Auch verschiedene Chemotherapeutika, die bereits klinisch eingesetzt werden, greifen in den Ablauf der Mitose ein. So auch die Zytostatika Vincristin (VIN) und Paclitaxel (PTX), die durch einen gegensätzlichen Mechanismus durch Destabilisierung bzw. Stabilisierung von Mikrotubulistrukturen ihre Wirkung entfalten. Die Frage, ob eine Verstärkung dieser Wirkung durch den kombinierten Einsatz mit TTFields erreicht werden kann, wurde in dieser Arbeit an den beiden GBM-Zelllinien U87 und GaMG untersucht.
Zunächst wurde mit dem xCELLigence-Systems über eine Real-Time-Impedanzmessung für diese beiden Chemotherapeutika jeweils die mittlere effektive Dosis (EC50-Wert), bei der ein halbmaximaler Effekt auftritt, spezifisch für jede Zelllinie bestimmt. Diese betrug bei VIN durchschnittlich 200nM für die Zelllinie U87 bzw. 20nM für die Zelllinie GaMG und lag für PTX bei 60nM für beide Zelllinien. Mit diesen Dosierungen wurden die beiden Zelllinien allein und in Kombination mit TTFields über 72h behandelt. Anschließend wurde die Zellproliferation analysiert und mit unbehandelten Tumorzellen verglichen.
Während jeder Behandlungsarm einzeln eine signifikante Wirkung gegenüber der unbehandelten Vergleichsgruppe zeigte, hatte weder die Kombination von TTFields mit VIN noch mit PTX in den untersuchten Dosierungen einen zusätzlichen signifikanten Nutzen.
Es besteht weiterer Forschungsbedarf zum kombinierten Einsatz von TTFields mit anderen Therapieformen.
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.
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.
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.
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.
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.
Aufgrund seiner infausten Prognose und des häufigen Auftretens nimmt das GBM unter den Hirntumoren eine besondere Rolle ein. Viele intrazelluläre Signalwege und Tumormarker sind bereits gut erforscht und verstanden. Hierzu gehört auch der epigenetisch determinierte Methylierungsgrad des MGMT-Genpromotors. Die Bestimmung des MGMT-Status gehört bei allen Patienten mittlerweile zur Standarddiagnostik, um den Effekt der Radiochemotherapie auf den Tumor zu prognostizieren. Ist der MGMT-Genpromotor unmethyliert, haben alkylierende Substanzen wie TMZ nur einen geringen Effekt auf die Tumorzellen. Solche Patienten profitieren kaum von der Standardtherapie nach dem Stupp-Schema. Es sind jedoch Fälle aufgetreten, bei denen sich der Methylierungsgrad des MGMT-Genpromotors im Behandlungsverlauf der Patienten verändert hat.
Aufgrund dessen untersuchte ich in meiner Arbeit, ob man Änderungen im MGMT-Genmethylierungsstatus und in der MGMT-Genexpression auf mRNA-und Proteinebene unter Nachahmung der Standardtherapie experimentell auslösen kann. Mit den verwendeten Versuchsansätzen konnte ich in der Zellkultur keine Veränderungen feststellen. Lediglich auf mRNA-Ebene konnte nach 5 Tagen fraktionierter Bestrahlung bei der methylierten Zelllinie U87 eine leichte Steigerung der MGMT-mRNA-Expression verzeichnet werden. Diese Expressionssteigerung stand allerdings nicht im Zusammenhang mit einer Änderung des MGMT-Methylierungsstatus und spiegelte sich auch nicht auf Proteinebene wider.
Dieses Ergebnis lässt weitere Forschungen in die Richtung der therapieinduzierten Änderungen am MGMT-Genpromotor sinnvoll erscheinen, um letztendlich die Therapie am Patienten effektiver und individueller zu gestalten und das mediane Überleben sowie dieLebensqualität unter der Behandlung vor allem für Patienten mit unmethyliertem MGMT-Genpromotor zu verbessern.
Verstärkung von Tumor Treating Fields durch Inhibition der MPS1 Kinase in Glioblastom-Zelllinien
(2020)
Tumor Treating Fields (TTFields) sind alternierende Wechselfelder mit einer intermediären Frequenz und niedrigen Intensität, die zu einer Destabilisierung des Spindelapparates während der Mitose führen. Sie sind als zusätzliche Behandlungsoption bei Glioblastoma multiforme zugelassen. Der mitotische Spindelkontrollpunkt überwacht eine fehlerhafte Anheftung der Spindelfasern von Schwesterchromatiden und leitet Reparaturprozesse ein. Monopolar spindle 1 (MPS1) ist eine Schlüsselkomponente dieses Kontrollpunktes und kann den durch TTFields physikalisch induzierten Spindelschäden entgegenwirken. Durch Zellzahlmessung, Zellzyklusuntersuchungen und durchflusszytometrische Analysen als auch Fluoreszenzfärbungen konnte gezeigt werden, dass eine Inhibition von MPS1 die antimitotischen Wirkungen von TTFields verstärken kann.
Positional plagiocephaly (PP) is the most common skull deformity in infants. Different classification systems exist for graduating the degree of PP, but all of these systems are based on two-dimensional (2D) parameters. This limitation leads to several problems stemming from the fact that 2D parameters are used to classify the three-dimensional (3D) shape of the head. We therefore evaluate existing measurement parameters and validate a newly developed 3D parameter for quantifying PP. Additionally, we present a new classification of PP based on a 3D parameter. 210 patients with PP and 50 patients without PP were included in this study. Existing parameters (2D and 3D) and newly developed volume parameters based on a 3D stereophotogrammetry scan were validated using ROC curves. Additionally, thresholds for the new 3D parameter of a 3D asymmetry index were assessed. The volume parameter 3D asymmetry index quantifies PP equally as well as the gold standard of 30° diagonal difference. Moreover, a 3D asymmetry index allows for a 3D-based classification of PP. The 3D asymmetry index can be used to define the degree of PP. It is easily applicable in stereophotogrammetric datasets and allows for comparability both intra- and inter-individually as well as for scientific analysis.
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.
In der hier vorliegenden Arbeit konnte zum ersten Mal eine Reduktion der Aktivität des PDHC in der Frühphase nach einer SAB im Tierversuch in der Ratte gezeigt werden. Da der PDHC bei der effizienten aeroben Energiegewinnung durch die Einschleusung von Pyruvat in den Zitratzyklus, den entscheidenden Enzymkomplex darstellt, könnte eine Aktivitätsminderung des PDHC ein möglicher Faktor für einen sekundären Hirnschaden und neuronalen Zellschaden nach einer SAB sein. Dass der lange als entscheidend für das schlechte Outcome von SAB-Patienten verantwortlich gemachte verzögerte Vasospasmus nach einer SAB alleine nicht für den sekundären Hirnschaden im Rahmen dieser Erkrankung herhalten kann, wird dadurch unterstrichen, dass der Vasospasmus mittlerweile gut therapiert werden kann, diese Therapie das Outcome der SAB aber nicht signifikant verbessert hat. Eine metabolische Komponente des sekundären Hirnschadens, möglicherweise kombiniert mit einer arteriellen Vasokonstriktion, sollte nach den Ergebnissen dieser Studie durchaus in Betracht gezogen werden. Die Ergebnisse stellen den PDHC als mögliches Ziel für eine neuroprotektive Therapie der SAB heraus. Eine suffiziente Stimulierung des PDHC oder ein Schutz des Enzymkomplexes vor Inaktivierung oder Schädigung könnte in der Frühphase der SAB protektiv wirken. Die Ergebnisse der hier vorliegenden Arbeit sind somit von klinischer Relevanz und sollten Anlass zu weiteren, auch klinischen Studien im Bereich der Funktionsbeeinflus-sung des PDHC geben. Weiterhin scheint eine Untersuchung weiterer metabolischer Schritte gewinnbringend, um weitere mögliche Angriffspunkte einer gezielten Therapie zu identifizieren.
Ultrastructural analysis of wild-type and RIM1α knockout active zones in a large cortical synapse
(2022)
Rab3A-interacting molecule (RIM) is crucial for fast Ca\(^{2+}\)-triggered synaptic vesicle (SV) release in presynaptic active zones (AZs). We investigated hippocampal giant mossy fiber bouton (MFB) AZ architecture in 3D using electron tomography of rapid cryo-immobilized acute brain slices in RIM1α\(^{−/−}\) and wild-type mice. In RIM1α\(^{−/−}\), AZs are larger with increased synaptic cleft widths and a 3-fold reduced number of tightly docked SVs (0–2 nm). The distance of tightly docked SVs to the AZ center is increased from 110 to 195 nm, and the width of their electron-dense material between outer SV membrane and AZ membrane is reduced. Furthermore, the SV pool in RIM1α\(^{−/−}\) is more heterogeneous. Thus, RIM1α, besides its role in tight SV docking, is crucial for synaptic architecture and vesicle pool organization in MFBs.
Non-small cell lung cancer, ovarian cancer, and pancreatic cancer all present with high morbidity and mortality. Systemic chemotherapies have historically been the cornerstone of standard of care (SOC) regimens for many cancers, but are associated with systemic toxicity. Multimodal treatment combinations can help improve patient outcomes; however, implementation is limited by additive toxicities and potential drug–drug interactions. As such, there is a high unmet need to develop additional therapies to enhance the efficacy of SOC treatments without increasing toxicity. Tumor Treating Fields (TTFields) are electric fields that exert physical forces to disrupt cellular processes critical for cancer cell viability and tumor progression. The therapy is locoregional and is delivered noninvasively to the tumor site via a portable medical device that consists of field generator and arrays that are placed on the patient’s skin. As a noninvasive treatment modality, TTFields therapy-related adverse events mainly consist of localized skin reactions, which are manageable with effective acute and prophylactic treatments. TTFields selectively target cancer cells through a multi-mechanistic approach without affecting healthy cells and tissues. Therefore, the application of TTFields therapy concomitant with other cancer treatments may lead to enhanced efficacy, with low risk of further systemic toxicity. In this review, we explore TTFields therapy concomitant with taxanes in both preclinical and clinical settings. The summarized data suggest that TTFields therapy concomitant with taxanes may be beneficial in the treatment of certain cancers.
Despite the availability of numerous therapeutic substances that could potentially target CNS disorders, an inability of these agents to cross the restrictive blood–brain barrier (BBB) limits their clinical utility. Novel strategies to overcome the BBB are therefore needed to improve drug delivery. We report, for the first time, how Tumor Treating Fields (TTFields), approved for glioblastoma (GBM), affect the BBB’s integrity and permeability. Here, we treated murine microvascular cerebellar endothelial cells (cerebEND) with 100–300 kHz TTFields for up to 72 h and analyzed the expression of barrier proteins by immunofluorescence staining and Western blot. In vivo, compounds normally unable to cross the BBB were traced in healthy rat brain following TTFields administration at 100 kHz. The effects were analyzed via MRI and immunohistochemical staining of tight-junction proteins. Furthermore, GBM tumor-bearing rats were treated with paclitaxel (PTX), a chemotherapeutic normally restricted by the BBB combined with TTFields at 100 kHz. The tumor volume was reduced with TTFields plus PTX, relative to either treatment alone. In vitro, we demonstrate that TTFields transiently disrupted BBB function at 100 kHz through a Rho kinase-mediated tight junction claudin-5 phosphorylation pathway. Altogether, if translated into clinical use, TTFields could represent a novel CNS drug delivery strategy.
In a recent study, we showed in an in vitro murine cerebellar microvascular endothelial cell (cerebEND) model as well as in vivo in rats that Tumor-Treating Fields (TTFields) reversibly open the blood–brain barrier (BBB). This process is facilitated by delocalizing tight junction proteins such as claudin-5 from the membrane to the cytoplasm. In investigating the possibility that the same effects could be observed in human-derived cells, a 3D co-culture model of the BBB was established consisting of primary microvascular brain endothelial cells (HBMVEC) and immortalized pericytes, both of human origin. The TTFields at a frequency of 100 kHz administered for 72 h increased the permeability of our human-derived BBB model. The integrity of the BBB had already recovered 48 h post-TTFields, which is earlier than that observed in cerebEND. The data presented herein validate the previously observed effects of TTFields in murine models. Moreover, due to the fact that human cell-based in vitro models more closely resemble patient-derived entities, our findings are highly relevant for pre-clinical studies.
Background: Monitoring of motor function during surgery for supratentorial tumors under general anesthesia applies either transcranial electrical stimulation (TES) or direct cortical stimulation (DCS) to elicit motor-evoked potentials. To date, there is no guideline that favor one method over the other. Therefore, we designed this randomized study to compare between both methods regarding the prediction of postoperative motor deficits and extent of tumor resection. Methods: This is a multicenter (six centers in Germany and one in Switzerland), double blind, parallel group, exploratory, randomized controlled clinical trial. Patients without or with mild paresis, who are scheduled for surgical resection of motor-eloquent brain tumors under general anesthesia will be randomized to surgical resection under TES or surgical resection under DCS. The primary endpoint is sensitivity and specificity in prognosis of motor function 7 days after surgery. The main secondary endpoint is the extent of tumor resection. The study is planned to include 120 patients within 2 years. Discussion: The present exploratory study should compare TES and DCS regarding sensitivity and specificity in predicting postoperative motor deficit and extent of tumor resection to calculate the required number of patients in a confirmatory trial to test the superiority of one method over the other.
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 ...
Bei einem SHT handelt es sich um eine mechanische Schädigung des Hirngewebes, verursacht durch eine Gewalteinwirkung auf den Kopf. Diese initiale Schädigung des Hirngewebes weitet sich nachfolgend aus. Wirksame Therapien, um diese sekundären Pathomechanismen zu inhibieren, gibt es nicht. Sofern das SHT überlebt wird, ist es eine der häufigsten Ursachen für bleibende Behinderungen. Wichtige Pathomechanismen, welche zur Ausweitung der Hirnschädigung beitragen, sind das posttraumatische Hirnödem und Entzündungsreaktionen. Beides wird durch die Aktivierung des so-genannten Kallikrein-Kinin-Systems begünstigt. In der vorliegenden Arbeit wurde dieses System 1 Stunde nach experimentellem SHT durch die Applikation des C1-Inhibitors gehemmt und am nachfolgenden Tag die Auswirkungen bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Behandlung nach der Hirnverletzung zu einer Reduktion des Hirnödems und der Entzündungsreaktion führt. Die Bildung von Thromben in den Hirngefäßen ist geringer als in Kontrolltieren, vermutlich da der C1-Inhibitor auch die intrinsische Gerinnungs-kaskade hemmt. Insgesamt führt die Behandlung zu kleineren Hirnläsionen als in entsprechenden Kontrolltieren. Hiermit stellt der C1-Inhibitor ein potenzieller Therapieansatz bei SHT dar. Jedoch bleibt es offen, inwiefern sich diese Ergebnisse auf das menschliche SHT übertragen lassen.
In einer vorangegangenen Phase-1-Studie wurde beobachtet, dass bei Patienten mit schwerer aneurysmatischer SAB, die CBF durch intermittierende kontrollierte Hyperkapnie erhöht werden kann. Zudem zeigte sich in dieser vorherigen Studie nach dem Zurücksetzen der mechanischen Beatmung auf die Ausgangsparameter eine langsame und asymptotische Rückkehr der CBF zu den Ausgangsniveaus ohne einen negativen Rebound-Effekt. Diese Beobachtung legte nahe, dass eine längere Dauer der Hyperkapnie den CBF-erhöhenden Effekt verlängern kann.
Die vorliegende Studie wurde als Dosisoptimierungsstudie geplant, um den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der CBF ein Maximum erreicht, und unter der Annahme, dass nach diesem Maximum Puffermechanismen in Blut und Liquor zu Anpassungsmechanismen führen können, die nach dem Abbruch zu einem negativen Rebound-Effekt führen.
Es ergab sich eine "Netto" - Optimaldauer der Hyperkapnieintervention von 45 Minuten.
Temporary hypercapnia has been shown to increase cerebral blood flow (CBF) and might be used as a therapeutical tool in patients with severe subarachnoid hemorrhage (SAH). It was the aim of this study was to investigate the optimum duration of hypercapnia. This point is assumed to be the time at which buffer systems become active, cause an adaptation to changes of the arterial partial pressure of carbon dioxide (PaCO2) and annihilate a possible therapeutic effect. In this prospective interventional study in a neurosurgical ICU the arterial partial pressure of carbon dioxide (PaCO\(_2\)) was increased to a target range of 55 mmHg for 120 min by modification of the respiratory minute volume (RMV) one time a day between day 4 and 14 in 12 mechanically ventilated poor-grade SAH-patients. Arterial blood gases were measured every 15 min. CBF and brain tissue oxygen saturation (StiO\(_2\)) were the primary and secondary end points. Intracranial pressure (ICP) was controlled by an external ventricular drainage. Under continuous hypercapnia (PaCO\(_2\) of 53.17 ± 5.07), CBF was significantly elevated between 15 and 120 min after the start of hypercapnia. During the course of the trial intervention, cardiac output also increased significantly. To assess the direct effect of hypercapnia on brain perfusion, the increase of CBF was corrected by the parallel increase of cardiac output. The maximum direct CBF enhancing effect of hypercapnia of 32% was noted at 45 min after the start of hypercapnia. Thereafter, the CBF enhancing slowly declined. No relevant adverse effects were observed. CBF and StiO\(_2\) reproducibly increased by controlled hypercapnia in all patients. After 45 min, the curve of CBF enhancement showed an inflection point when corrected by cardiac output. It is concluded that 45 min might be the optimum duration for a therapeutic use and may provide an optimal balance between the benefits of hypercapnia and risks of a negative rebound effect after return to normal ventilation parameters.
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 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.
Purpose
Glioma patients face a limited life expectancy and at the same time, they suffer from afflicting symptoms and undesired effects of tumor treatment. Apart from bone marrow suppression, standard chemotherapy with temozolomide causes nausea, emesis and loss of appetite. In this pilot study, we investigated how chemotherapy-induced nausea and vomiting (CINV) affects the patients' levels of depression and their quality of life.
Methods
In this prospective observational multicentre study (n = 87), nausea, emesis and loss of appetite were evaluated with an expanded MASCC questionnaire, covering 10 days during the first and the second cycle of chemotherapy. Quality of life was assessed with the EORTC QLQ-C30 and BN 20 questionnaire and levels of depression with the PHQ-9 inventory before and after the first and second cycle of chemotherapy.
Results
CINV affected a minor part of patients. If present, it reached its maximum at day 3 and decreased to baseline level not before day 8. Levels of depression increased significantly after the first cycle of chemotherapy, but decreased during the further course of treatment. Patients with higher levels of depression were more severely affected by CINV and showed a lower quality of life through all time-points.
Conclusion
We conclude that symptoms of depression should be perceived in advance and treated in order to avoid more severe side effects of tumor treatment. Additionally, in affected patients, delayed nausea was most prominent, pointing toward an activation of the NK1 receptor. We conclude that long acting antiemetics are necessary totreat temozolomide-induced nausea.
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.
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.
Objective:
Traumatic brain injury is a major global public health problem for which specific therapeutic interventions are lacking. There is, therefore, a pressing need to identify innovative pathomechanism-based effective therapies for this condition. Thrombus formation in the cerebral microcirculation has been proposed to contribute to secondary brain damage by causing pericontusional ischemia, but previous studies have failed to harness this finding for therapeutic use. The aim of this study was to obtain preclinical evidence supporting the hypothesis that targeting factor XII prevents thrombus formation and has a beneficial effect on outcome after traumatic brain injury.
Methods:
We investigated the impact of genetic deficiency of factor XII and acute inhibition of activated factor XII with a single bolus injection of recombinant human albumin-fused infestin-4 (rHA-Infestin-4) on trauma-induced microvascular thrombus formation and the subsequent outcome in 2 mouse models of traumatic brain injury.
Results:
Our study showed that both genetic deficiency of factor XII and an inhibition of activated factor XII in mice minimize trauma-induced microvascular thrombus formation and improve outcome, as reflected by better motor function, reduced brain lesion volume, and diminished neurodegeneration. Administration of human factor XII in factor XII-deficient mice fully restored injury-induced microvascular thrombus formation and brain damage.
Interpretation:
The robust protective effect of rHA-Infestin-4 points to a novel treatment option that can decrease ischemic injury after traumatic brain injury without increasing bleeding tendencies.
Revealing the molecular organization of anatomically precisely defined brain regions is necessary for refined understanding of synaptic plasticity. Although three-dimensional (3D) single-molecule localization microscopy can provide the required resolution, imaging more than a few micrometers deep into tissue remains challenging. To quantify presynaptic active zones (AZ) of entire, large, conditional detonator hippocampal mossy fiber (MF) boutons with diameters as large as 10 mu m, we developed a method for targeted volumetric direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM). An optimized protocol for fast repeated axial scanning and efficient sequential labeling of the AZ scaffold Bassoon and membrane bound GFP with Alexa Fluor 647 enabled 3D-dSTORM imaging of 25 mu m thick mouse brain sections and assignment of AZs to specific neuronal substructures. Quantitative data analysis revealed large differences in Bassoon cluster size and density for distinct hippocampal regions with largest clusters in MF boutons. Pauli et al. develop targeted volumetric dSTORM in order to image large hippocampal mossy fiber boutons (MFBs) in brain slices. They can identify synaptic targets of individual MFBs and measured size and density of Bassoon clusters within individual untruncated MFBs at nanoscopic resolution.
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.
Background
The novel coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2(SARS-CoV-2), has escalated rapidly to a global pandemic stretching healthcare systems worldwide to their limits. Surgeonshave had to immediately react to this unprecedented clinical challenge by systematically repurposing surgical wards.
Purpose
To provide a detailed set of guidelines developed in a surgical ward at University Hospital Wuerzburg to safelyaccommodate the exponentially rising cases of SARS-CoV-2 infected patients without compromising the care of emergencysurgery and oncological patients or jeopardizing the well-being of hospital staff.
Conclusions
The dynamic prioritization of SARS-CoV-2 infected and surgical patient groups is key to preserving life whilemaintaining high surgical standards. Strictly segregating patient groups in emergency rooms, non-intensive care wards andoperating areas prevents viral spread while adequately training and carefully selecting hospital staff allow them to confidentlyand successfully undertake their respective clinical duties.
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.
Objectives
The present investigation aimed to evaluate the subjective perception of deformational cranial asymmetries by different observer groups and to compare these subjective perceptions with objective parameters.
Materials and methods
The 3D datasets of ten infants with different severities of deformational plagiocephaly (DP) were presented to 203 observers, who had been subdivided into five different groups (specialists, pediatricians, medical doctors (not pediatricians), parents of infants with DP, and laypersons). The observers rated their subjective perception of the infants’ cranial asymmetries using a 4-point Likert-type scale. The ratings from the observer groups were compared with one another using a multilevel modelling linear regression analysis and were correlated with four commonly used parameters to objectively quantify the cranial asymmetries.
Results
No significant differences were found between the ratings of the specialists and those of the parents of infants with DP, but both groups provided significantly more asymmetric ratings than did pediatricians, medical doctors, or laypersons. Moreover, the subjective perception of cranial asymmetries correlated significantly with commonly used parameters for objectively quantifying cranial asymmetries.
Conclusions
Our results demonstrate that different observer groups perceive the severity of cranial asymmetries differently. Pediatricians’ more moderate perception of cranial asymmetries may reduce the likelihood of parents to seek therapeutic interventions for their infants. Moreover, we identified some objective symmetry-related parameters that correlated strongly with the observers’ subjective perceptions.
Clinical relevance
Knowledge about these findings is important for clinicians when educating parents of infants with DP about the deformity.
Ten thiosemicarbazone ligands obtained by condensation of pyridine-2-carbaldehyde, quinoline-2-carbaldehyde, 2-acetylpyridine, 2-acetylquinoline, or corresponding 2-pyridyl ketones with thiosemicarbazides RNHC(S)NHNH\(_{2}\) and R=CH\(_{3}\), C\(_{6}\)H\(_{5}\) were prepared in good yield. The reaction of [PdCl\(_{2}\)(cod)] with cod=1,5-cyclooctadiene or K\(_{2}\)[PtCl\(_{4}\)] resulted in a total of 17 Pd(II) and Pt(II) complexes isolated in excellent purity, as demonstrated by \(^{1}\)H, \(^{13}\)C, and, where applicable, \(^{195\)Pt NMR spectroscopy combined with CHNS analysis. The cytotoxicity of the title compounds was studied on four human glioblastoma cell lines (GaMG, U87, U138, and U343). The most active compound, with a Pd(II) metal centre, a 2-quinolinyl ring, and methyl groups on both the proximal C and distal N atoms exhibited an EC\(_{50}\) value of 2.1 μM on the GaMG cell lines, thus being slightly more active than cisplatin (EC\(_{50}\) 3.4 μM) and significantly more potent than temozolomide (EC\(_{50}\) 67.1 μM). Surprisingly, the EC\(_{50}\) values were inversely correlated with the lipophilicity, as determined with the “shake-flask method”, and decreased with the length of the alkyl substituents (C\(_{1}\)>C\(_{8}\)>C\(_{10}\)). Correlation with the different structural motifs showed that for the most promising anticancer activity, a maximum of two aromatic rings (either quinolinyl or pyridyl plus phenyl) combined with one methyl group are favoured and the Pd(II) complexes are slightly more potent than their Pt(II) analogues.
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.
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.
Stereotactic LINAC-Radiosurgery for Glomus Jugulare Tumors: A Long-Term Follow-Up of 27 Patients
(2015)
Background
The optimal treatment of glomus jugulare tumors (GJTs) remains controversial. Due to the critical location, microsurgery still provides high treatment-related morbidity and a decreased quality of life. Thus, we performed stereotactical radiosurgery (SRS) for the treatment of GJTs and evaluated the long-term outcome.
Methods
Between 1991 and 2011, 32 patients with GJTs underwent SRS using a linear accelerator (LINAC) either as primary or salvage therapy. Twenty-seven patients (median age 59.9 years, range 28.7-79.9 years) with a follow-up greater than five years (median 11 years, range 5.3-22.1 years) were selected for retrospective analysis. The median therapeutic single dose applied to the tumor surface was 15 Gy (range 11-20 Gy) and the median tumor volume was 9.5 ml (range 2.8-51 ml).
Results
Following LINAC-SRS, 10 of 27 patients showed a significant improvement of their previous neurological complaints, whereas 12 patients remained unchanged. Five patients died during follow-up due to old age or other, not treatment-related reasons. MR-imaging showed a partial remission in 12 and a stable disease in 15 patients. No tumor progression was observed. The actuarial overall survival rates after five, ten and 20 years were 100%, 95.2% and 79.4%, respectively.
Conclusions
Stereotactic LINAC-Radiosurgery can achieve an excellent long-term tumor control beside a low rate of morbidity in the treatment of GJTs. It should be considered as an alternative therapy regime to surgical resection or fractionated external beam radiation either as primary, adjuvant or salvage therapy.
CXCR4 ist der spezifische Rezeptor für das Chemokin CXCL12 und ist überexprimiert in Vestibularisschwannomzellen.
Das Ziel dieser Arbeit war es den Effekt des spezifischen Inhibitors AMD3100 auf die CXCR4 vermittelte Proliferation und Migration der Vestibularisschwannomzellen in verschiedenen Zellkuturmodellen zu analysieren.
Die nachgewiesene Inhibition von CXCR4 deutet auf einen möglichen Einsatz von AMD3100 in der systemischen Therapie von NF-2 Patienten hin.
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.
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.
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.
Targeting molecular alterations as an effective treatment for isocitrate dehydrogenase-wildtype glioblastoma (GBM) patients has not yet been established. Sterol-O-Acyl Transferase 1 (SOAT1), a key enzyme in the conversion of endoplasmic reticulum cholesterol to esters for storage in lipid droplets (LD), serves as a target for the orphan drug mitotane to treat adrenocortical carcinoma. Inhibition of SOAT1 also suppresses GBM growth. Here, we refined SOAT1-expression in GBM and IDH-mutant astrocytoma, CNS WHO grade 4 (HGA), and assessed the distribution of LD in these tumors. Twenty-seven GBM and three HGA specimens were evaluated by multiple GFAP, Iba1, IDH1 R132H, and SOAT1 immunofluorescence labeling as well as Oil Red O staining. To a small extent SOAT1 was expressed by tumor cells in both tumor entities. In contrast, strong expression was observed in glioma-associated macrophages. Triple immunofluorescence labeling revealed, for the first time, evidence for SOAT1 colocalization with Iba1 and IDH1 R132H, respectively. Furthermore, a notable difference in the amount of LD between GBM and HGA was observed. Therefore, SOAT1 suppression might be a therapeutic option to target GBM and HGA growth and invasiveness. In addition, the high expression in cells related to neuroinflammation could be beneficial for a concomitant suppression of protumoral microglia/macrophages.
Single-molecule localization microscopy (SMLM) greatly advances structural studies of diverse biological tissues. For example, presynaptic active zone (AZ) nanotopology is resolved in increasing detail. Immunofluorescence imaging of AZ proteins usually relies on epitope preservation using aldehyde-based immunocompetent fixation. Cryofixation techniques, such as high-pressure freezing (HPF) and freeze substitution (FS), are widely used for ultrastructural studies of presynaptic architecture in electron microscopy (EM). HPF/FS demonstrated nearer-to-native preservation of AZ ultrastructure, e.g., by facilitating single filamentous structures. Here, we present a protocol combining the advantages of HPF/FS and direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) to quantify nanotopology of the AZ scaffold protein Bruchpilot (Brp) at neuromuscular junctions (NMJs) of Drosophila melanogaster. Using this standardized model, we tested for preservation of Brp clusters in different FS protocols compared to classical aldehyde fixation. In HPF/FS samples, presynaptic boutons were structurally well preserved with ~22% smaller Brp clusters that allowed quantification of subcluster topology. In summary, we established a standardized near-to-native preparation and immunohistochemistry protocol for SMLM analyses of AZ protein clusters in a defined model synapse. Our protocol could be adapted to study protein arrangements at single-molecule resolution in other intact tissue preparations.
Background
The most threatening metastases in breast cancer are brain metastases, which correlate with a very poor overall survival, but also a limited quality of life. A key event for the metastatic progression of breast cancer into the brain is the migration of cancer cells across the blood-brain barrier (BBB).
Methods
We adapted and validated the CD34\(^+\) cells-derived human in vitro BBB model (brain-like endothelial cells, BLECs) to analyse the effects of patient serum on BBB properties. We collected serum samples from healthy donors, breast cancer patients with primary cancer, and breast cancer patients with, bone, visceral or cerebral metastases. We analysed cytokine levels in these sera utilizing immunoassays and correlated them with clinical data. We used paracellular permeability measurements, immunofluorescence staining, Western blot and mRNA analysis to examine the effects of patient sera on the properties of BBB in vitro.
Results
The BLECs cultured together with brain pericytes in transwells developed a tight monolayer with a correct localization of claudin-5 at the tight junctions (TJ). Several BBB marker proteins such as the TJ proteins claudin-5 and occludin, the glucose transporter GLUT-1 or the efflux pumps PG-P and BCRP were upregulated in these cultures. This was accompanied by a reduced paracellular permeability for fluorescein (400 Da). We then used this model for the treatment with the patient sera. Only the sera of breast cancer patients with cerebral metastases had significantly increased levels of the cytokines fractalkine (CX3CL1) and BCA-1 (CXCL13). The increased levels of fractalkine were associated with the estrogen/progesterone receptor status of the tumour. The treatment of BLECs with these sera selectively increased the expression of CXCL13 and TJ protein occludin. In addition, the permeability of fluorescein was increased after serum treatment.
Conclusion
We demonstrate that the CD34\(^+\) cell-derived human in vitro BBB model can be used as a tool to study the molecular mechanisms underlying cerebrovascular pathologies. We showed that serum from patients with cerebral metastases may affect the integrity of the BBB in vitro, associated with elevated concentrations of specific cytokines such as CX3CL1 and CXCL13.
Progressive deterioration of the central nervous system (CNS) is commonly associated with aging. An important component of the neurovasculature is the blood-brain barrier (BBB), majorly made up of endothelial cells joined together by intercellular junctions. The relationship between senescence and changes in the BBB has not yet been thoroughly explored. Moreover, the lack of in vitro models for the study of the mechanisms involved in those changes impede further and more in-depth investigations in the field. For this reason, we herein present an in vitro model of the senescent BBB and an initial attempt to identify senescence-associated alterations within.
Einführung
Die Kranioplastik (KP) nach Kraniektomie dient der Wiederherstellung der Funktionalität und Ästhetik des Schädels. Obwohl es sich um einen Routineeingriff handelt, wurden hohe Komplikationsraten beschrieben, die zum Teil auf die unterschiedlichen Arten des verwendeten Implantatmaterials zurückzuführen sind. Wir haben diese Studie durchgeführt, um intraoperativ-geformte (Palacos®) und CAD-CAM-PMMA-Implantate bei Patienten/-innen nach Kraniektomie hinsichtlich perioperativer Modalitäten, kurz- und langfristiger Komplikationsraten und ästhetischer Ergebnisse zu vergleichen.
Methoden
Diese retrospektive Single-Center-Analyse wurde an 350 Patienten mit 359 Kranioplastiken durchgeführt, die sich in 133 Palacos®-Fälle (01/2005-12/2012) und 226 CAD-CAM-Fälle (01/2010-12/2018) aufteilten. Postoperative Komplikationen wurden in kurzfristige (≤ 30 Tage) und langfristige (> 30 Tage) unterteilt. Die ästhetischen Ergebnisse wurden per Telefoninterview erhoben und auf einer 5-Punkte-Skala bewertet.
Ergebnisse
CAD-CAM-Patienten hatten eine kürzere Operationszeit (p < 0.001), einen geringeren intraoperativen Blutverlust (p < 0.001) und einen kürzeren postoperativen Krankenhausaufenthalt (p < 0.005) als Palacos®-Patienten. Operative Revisionen nach CP mussten bei 12,8 % der Patienten durchgeführt werden. Implantatinfektionen traten bei 3,8 % der Palacos®-Fälle und 1,8 % der CAD-CAM-Fälle auf. Wundheilungsstörungen traten bei CAD-CAM-Patienten häufiger auf, was mit einer höheren Anzahl an kraniellen Vor-Operationen und Vorinfektionen einherging. Palacos®-Patienten hatten signifikant mehr Implantatdislokationen (p < 0.05). CAD-CAM-Patienten berichteten von einem besseren ästhetischen Ergebnis im Vergleich zu Palacos®-Patienten.
Fazit
Diese Studie zeigt eine Überlegenheit der CAD-CAM-PMMA-Implantate im Vergleich zu Palacos®-Implantaten hinsichtlich peri- und postoperativer Faktoren, sowie dem ästhetischen Ergebnis. CAD-CAM-Implantate haben geringere Komplikations- und Infektionsraten als Palacos®-Implantate und zeigten positive Wirkungen, wenn sie in vorinfiziertes Gewebe implantiert wurden. Die langfristigen Komplikationsraten von CAD-CAM-Implantaten müssen weiter evaluiert werden.
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.
Both brainstem auditory evoked potentials (BAEP) and audiometry play a crucial role in neuro-oncological treatment decisions in Neurofibromatosis Type 2 associated (NF2) vestibular schwannoma (VS) as hearing preservation is the major goal. In this study, we investigated the risk of immediate postoperative hearing deterioration (>15 dB and/or 15% loss in pure-tone average [PTA]/ speech discrimination score [SDS] in a cohort of 100 operated VS (ears) in 72 NF2 patients by retrospective analysis of pre- and postoperative hearing data (PTA, SDS, American Association of Otolaryngology–Head and Neck Surgery [AAO-HNS], and brainstem auditory evoked potential [BAEP] class) taking into account relevant influencing factors, particularly preoperative audiometry and BAEP status and the extent of resection. Immediately after surgery, the hearing was preserved in 73% of ears and approximately ~60% of ears kept their hearing classes. Preoperative BAEP (p = 0.015) and resection amount (p = 0.048) significantly influenced postoperative hearing outcome. The prediction model for postoperative hearing deterioration/loss between preoperative BAEP and AAO-HNS class showed increased risk by increasing BAEP class. Twenty-one tumors/ears were identified with large BAEP and AAO-HNS class discrepancies (≥2 points) and were associated with a high (48–100%) risk of deafness after surgery in ears with preoperative available hearing. Overall, the results were heterogeneous but the better both BAEP and audiometry class before surgery, the higher the chance of hearing maintenance afterwards. Large resection amounts (e.g., 100% risk in near-total resections) exhibit a significant (p < 0.05) higher risk compared to smaller amounts (e.g., 10/20% in laser-coagulated/partially resected tumors). Our results emphasized the indispensable role of both hearing monitoring in form of audiometry and neurophysiology (BAEP) in the pre-and perioperative monitoring of NF2-associated VS. Both BAEP and audiometry are good prognostic markers for the postoperative hearing outcome. The extent of resection should be strictly guided by and adjusted to the intraoperative neurophysiological monitoring.