Neurologische Klinik und Poliklinik
Refine
Has Fulltext
- yes (519)
Year of publication
Document Type
- Journal article (351)
- Doctoral Thesis (165)
- Report (2)
- Book (1)
Keywords
- ischemic stroke (27)
- multiple sclerosis (22)
- Parkinson's disease (18)
- Parkinson’s disease (18)
- deep brain stimulation (18)
- neuroinflammation (18)
- Multiple Sklerose (17)
- stroke (17)
- Fabry disease (16)
- Schlaganfall (16)
Institute
- Neurologische Klinik und Poliklinik (519)
- Institut für diagnostische und interventionelle Neuroradiologie (ehem. Abteilung für Neuroradiologie) (26)
- Graduate School of Life Sciences (19)
- Neurochirurgische Klinik und Poliklinik (17)
- Institut für Klinische Epidemiologie und Biometrie (16)
- Institut für Klinische Neurobiologie (16)
- Medizinische Klinik und Poliklinik I (16)
- Rudolf-Virchow-Zentrum (16)
- Deutsches Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI) (14)
- Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie (13)
Schriftenreihe
Sonstige beteiligte Institutionen
- Datenintegrationszentrum Würzburg (DIZ) (1)
- Institut für Musikphysiologie und Musiker-Medizin der Hochschule für Musik, Theater und Medien, Hannover (1)
- Interdisziplinäre Biomaterial- und Datenbank Würzburg (ibdw) (1)
- Interdisziplinäres Amyloidosezentrum Nordbayern (1)
- KfH Nierenzentrum (1)
- Klinische Studienzentrale (Universitätsklinikum) (1)
- Politecnico di Milano (1)
- Sahin Lab, F.M. Kirby Neurobiology Center Boston Children’s Hospital, Department of Neurology, Harvard Medical School (1)
- Wurzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), Wurzburg, Germany (1)
- Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), University of Würzburg, Würzburg, Germany (1)
Efficacy of transcranial direct current stimulation in people with multiple sclerosis: a review
(2022)
Background and purpose
Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disease causing a wide range of symptoms including motor and cognitive impairment, fatigue and pain. Over the last two decades, non-invasive brain stimulation, especially transcranial direct current stimulation (tDCS), has increasingly been used to modulate brain function in various physiological and pathological conditions. However, its experimental applications for people with MS were noted only as recently as 2010 and have been growing since then. The efficacy for use in people with MS remains questionable with the results of existing studies being largely conflicting. Hence, the aim of this review is to paint a picture of the current state of tDCS in MS research grounded on studies applying tDCS that have been done to date.
Methods
A keyword search was performed to retrieve articles from the earliest article identified until 14 February 2021 using a combination of the groups (1) ‘multiple sclerosis’, ‘MS’ and ‘encephalomyelitis’ and (2) ‘tDCS’ and ‘transcranial direct current stimulation’.
Results
The analysis of the 30 articles included in this review underlined inconsistent effects of tDCS on the motor symptoms of MS based on small sample sizes. However, tDCS showed promising benefits in ameliorating fatigue, pain and cognitive symptoms.
Conclusion
Transcranial direct current stimulation is attractive as a non-drug approach in ameliorating MS symptoms, where other treatment options remain limited. The development of protocols tailored to the individual's own neuroanatomy using high definition tDCS and the introduction of network mapping in the experimental designs might help to overcome the variability between studies.
Neuromyelitis Optica Spectrum Disorders (NMOSD) are associated with autoantibodies (ABs) targeting the astrocytic aquaporin-4 water channels (AQP4-ABs). These ABs have a direct pathogenic role by initiating a variety of immunological and inflammatory processes in the course of disease. In a recently-established animal model, chronic intrathecal passive-transfer of immunoglobulin G from NMOSD patients (NMO-IgG), or of recombinant human AQP4-ABs (rAB-AQP4), provided evidence for complementary and immune-cell independent effects of AQP4-ABs. Utilizing this animal model, we here tested the effects of systemically and intrathecally applied pooled human immunoglobulins (IVIg) using a preventive and a therapeutic paradigm. In NMO-IgG animals, prophylactic application of systemic IVIg led to a reduced median disease score of 2.4 on a 0–10 scale, in comparison to 4.1 with sham treatment. Therapeutic IVIg, applied systemically after the 10th intrathecal NMO-IgG injection, significantly reduced the disease score by 0.8. Intrathecal IVIg application induced a beneficial effect in animals with NMO-IgG (median score IVIg 1.6 vs. sham 3.7) or with rAB-AQP4 (median score IVIg 2.0 vs. sham 3.7). We here provide evidence that treatment with IVIg ameliorates disease symptoms in this passive-transfer model, in analogy to former studies investigating passive-transfer animal models of other antibody-mediated disorders.
Background: Multimodal rehabilitation improves fatigue and mobility in persons with multiple sclerosis (PwMS). Effects are transient and may be conserved by internet-based physical activity promotion programs. Objective: Evaluate the effects of internet-based physical activity and exercise promotion on fatigue, quality of life, and gait in PwMS after inpatient rehabilitation. Methods: PwMS (Expanded Disability Status Scale (EDSS) ≤ 6.0, fatigue: Würzburg Fatigue Inventory for Multiple Sclerosis (WEIMuS) ≥ 32) were randomized into an intervention group (IG) or a control group (CG). After rehabilitation, IG received 3 months of internet-based physical activity promotion, while CG received no intervention. Primary outcome: self-reported fatigue (WEIMuS). Secondary outcomes: quality of life (Multiple Sclerosis Impact Scale 29, MSIS-29), gait (2min/10m walking test, Tinetti score). Measurements: beginning (T0) and end (T1) of inpatient rehabilitation, 3 (T2) and 6 (T3) months afterwards. Results: 64 of 84 PwMS were analyzed (IG: 34, CG: 30). After rehabilitation, fatigue decreased in both groups. At T2 and T3, fatigue increased again in CG but was improved in IG (p < 0.001). MSIS-29 improved in both groups at T1 but remained improved at T2 and T3 only in IG. Gait improvements were more pronounced in IG at T2. Conclusions: The study provides Class II evidence that the effects of rehabilitation on fatigue, quality of life, and gait can be maintained for 3–6 months with an internet-based physical activity and exercise promotion program.
Fullerenols, water-soluble C60-fullerene derivatives, have been shown to exert neuroprotective effects in vitro and in vivo, most likely due to their capability to scavenge free radicals. However, little is known about the effects of fullerenols on the blood–brain barrier (BBB), especially on cerebral endothelial cells under inflammatory conditions. Here, we investigated whether the treatment of primary mouse brain microvascular endothelial cells with fullerenols impacts basal and inflammatory blood–brain barrier (BBB) properties in vitro. While fullerenols (1, 10, and 100 µg/mL) did not change transendothelial electrical resistance under basal and inflammatory conditions, 100 µg/mL of fullerenol significantly reduced erk1/2 activation and resulted in an activation of NFκB in an inflammatory milieu. Our findings suggest that fullerenols might counteract oxidative stress via the erk1/2 and NFκB pathways, and thus are able to protect microvascular endothelial cells under inflammatory conditions.
Effects of dopamine on BDNF / TrkB mediated signaling and plasticity on cortico-striatal synapses
(2021)
Progressive loss of voluntary movement control is the central symptom of Parkinson's disease (PD). Even today, we are not yet able to cure PD. This is mainly due to a lack of understanding the mechanisms of movement control, network activity and plasticity in motor circuits, in particular between the cerebral cortex and the striatum. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) has emerged as one of the most important factors for the development and survival of neurons, as well as for synaptic plasticity. It is thus an important target for the development of new therapeutic strategies against neurodegenerative diseases. Together with its receptor, the Tropomyosin receptor kinase B (TrkB), it is critically involved in development and function of the striatum. Nevertheless, little is known about the localization of BDNF within presynaptic terminals in the striatum, as well as the types of neurons that produce BDNF in the cerebral cortex. Furthermore, the influence of midbrain derived dopamine on the control of BDNF / TrkB interaction in striatal medium spiny neurons (MSNs) remains elusive so far. Dopamine, however, appears to play an important role, as its absence leads to drastic changes in striatal synaptic plasticity. This suggests that dopamine could regulate synaptic activity in the striatum via modulation of BDNF / TrkB function. To answer these questions, we have developed a sensitive and reliable protocol for the immunohistochemical detection of endogenous BDNF. We find that the majority of striatal BDNF is provided by glutamatergic, cortex derived afferents and not dopaminergic inputs from the midbrain. In fact, we found BDNF in cell bodies of neurons in layers II-III and V of the primary and secondary motor cortex as well as layer V of the somatosensory cortex. These are the brain areas that send dense projections to the dorsolateral striatum for control of voluntary movement. Furthermore, we could show that these projection neurons significantly downregulate the expression of BDNF during the juvenile development of mice between 3 and 12 weeks.
In parallel, we found a modulatory effect of dopamine on the translocation of TrkB to the cell surface in postsynaptic striatal Medium Spiny Neurons (MSNs). In MSNs of the direct pathway (dMSNs), which express dopamine receptor 1 (DRD1), we observed the formation of TrkB aggregates in the 6-hydroxydopamine (6-OHDA) model of PD. This suggests that DRD1 activity controls TrkB surface expression in these neurons. In contrast, we found that DRD2 activation has opposite effects in MSNs of the indirect pathway (iMSNs). Activation of DRD2 promotes a rapid decrease in TrkB surface expression which was reversible and depended on cAMP. In parallel, stimulation of DRD2 led to induction of phospho-TrkB (pTrkB). This effect was significantly slower than the effect on TrkB surface expression and indicates that TrkB is transactivated by DRD2. Together, our data provide evidence that dopamine triggers dual modes of plasticity on striatal MSNs by acting on TrkB surface expression in DRD1 and DRD2 expressing MSNs. This surface expression of the receptor is crucial for the binding of BDNF, which is released from corticostriatal afferents. This leads to the induction of TrkB-mediated downstream signal transduction cascades and long-term potentiation (LTP). Therefore, the dopamine-mediated translocation of TrkB could be a mediator that modulates the balance between dopaminergic and glutamatergic signaling to allow synaptic plasticity in a spatiotemporal manner. This information and the fact that TrkB is segregated to persistent aggregates in PD could help to improve our understanding of voluntary movement control and to develop new therapeutic strategies beyond those focusing on dopaminergic supply.
We have previously shown that targeting endoneurial macrophages with the orally applied CSF-1 receptor specific kinase (c-FMS) inhibitor PLX5622 from the age of 3 months onwards led to a substantial alleviation of the neuropathy in mouse models of Charcot-Marie-Tooth (CMT) 1X and 1B disease, which are genetically-mediated nerve disorders not treatable in humans. The same approach failed in a model of CMT1A (PMP22-overexpressing mice, line C61), representing the most frequent form of CMT. This was unexpected since previous studies identified macrophages contributing to disease severity in the same CMT1A model. Here we re-approached the possibility of alleviating the neuropathy in a model of CMT1A by targeting macrophages at earlier time points. As a proof-of-principle experiment, we genetically inactivated colony-stimulating factor-1 (CSF-1) in CMT1A mice, which resulted in lower endoneurial macrophage numbers and alleviated the neuropathy. Based on these observations, we pharmacologically ablated macrophages in newborn CMT1A mice by feeding their lactating mothers with chow containing PLX5622, followed by treatment of the respective progenies after weaning until the age of 6 months. We found that peripheral neuropathy was substantially alleviated after early postnatal treatment, leading to preserved motor function in CMT1A mice. Moreover, macrophage depletion affected the altered Schwann cell differentiation phenotype. These findings underscore the targetable role of macrophage-mediated inflammation in peripheral nerves of inherited neuropathies, but also emphasize the need for an early treatment start confined to a narrow therapeutic time window in CMT1A models and potentially in respective patients.
Background
Human cerebral small vessel disease (CSVD) has distinct histopathologic and imaging findings in its advanced stages. In spontaneously hypertensive stroke-prone rats (SHRSP), a well-established animal model of CSVD, we recently demonstrated that cerebral microangiopathy is initiated by early microvascular dysfunction leading to the breakdown of the blood–brain barrier and an activated coagulatory state resulting in capillary and arteriolar erythrocyte accumulations (stases). In the present study, we investigated whether initial microvascular dysfunction and other stages of the pathologic CSVD cascade can be detected by serial magnetic resonance imaging (MRI).
Findings
Fourteen SHRSP and three control (Wistar) rats (aged 26–44 weeks) were investigated biweekly by 3.0 Tesla (3 T) MRI. After perfusion, brains were stained with hematoxylin–eosin and histology was correlated with MRI data. Three SHRSP developed terminal CSVD stages including cortical, hippocampal, and striatal infarcts and macrohemorrhages, which could be detected consistently by MRI. Corresponding histology showed small vessel thromboses and increased numbers of small perivascular bleeds in the infarcted areas. However, 3 T MRI failed to visualize intravascular erythrocyte accumulations, even in those brain regions with the highest densities of affected vessels and the largest vessels affected by stases, as well as failing to detect small perivascular bleeds.
Conclusion
Serial MRI at a field strength of 3 T failed to detect the initial microvascular dysfunction and subsequent small perivascular bleeds in SHRSP; only terminal stages of cerebral microangiopathy were reliably detected. Further investigations at higher magnetic field strengths (7 T) using blood- and flow-sensitive sequences are currently underway.
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.
Fabry disease (FD) is a rare life-threatening disorder caused by deficiency of the alpha-galactosidase A (GLA) enzyme with a characteristic pain phenotype. Impaired GLA production or function leads to the accumulation of the cell membrane compound globotriaosylceramide (Gb3) in the neurons of the dorsal root ganglia (DRG) of FD patients. Applying immunohistochemistry (IHC) and quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT PCR) analysis on DRG tissue of the GLA knockout (KO) mouse model of FD, we address the question of how Gb3 accumulation may contribute to FD pain and focus on the immune system and pain-associated ion channel gene expression. We show a higher Gb3 load in the DRG of young (<6 months) (p < 0.01) and old (≥12 months) (p < 0.001) GLA KO mice compared to old wildtype (WT) littermates, and an overall suppressed immune response in the DRG of old GLA KO mice, represented by a reduced number of CD206\(^+\) macrophages (p < 0.01) and lower gene expression levels of the inflammation-associated targets interleukin(IL)1b (p < 0.05), IL10 (p < 0.001), glial fibrillary acidic protein (GFAP) (p < 0.05), and leucine rich alpha-2-glycoprotein 1 (LRG1) (p < 0.01) in the DRG of old GLA KO mice compared to old WT. Dysregulation of immune-related genes may be linked to lower gene expression levels of the pain-associated ion channels calcium-activated potassium channel 3.1 (KCa3.1) and transient receptor potential ankyrin 1 channel (TRPA1). Ion channel expression might further be disturbed by impaired sphingolipid recruitment mediated via the lipid raft marker flotillin-1 (FLOT1). This impairment is represented by an increased number of FLOT1\(^+\) DRG neurons with a membranous expression pattern in old GLA KO mice compared to young GLA KO, young WT, and old WT mice (p < 0.001 each). Further, we provide evidence for aberrant behavior of GLA KO mice, which might be linked to dysregulated ion channel gene expression levels and disturbed FLOT1 distribution patterns. Behavioral testing revealed mechanical hypersensitivity in young (p < 0.01) and old (p < 0.001) GLA KO mice compared to WT, heat hypersensitivity in young GLA KO mice (p < 0.001) compared to WT, age-dependent heat hyposensitivity in old GLA KO mice (p < 0.001) compared to young GLA KO mice, and cold hyposensitivity in young (p < 0.001) and old (p < 0.001) GLA KO mice compared to WT, which well reflects the clinical phenotype observed in FD patients.
Dysregulated IGFBP5 expression causes axon degeneration and motoneuron loss in diabetic neuropathy
(2015)
Diabetic neuropathy (DNP), afflicting sensory and motor nerve fibers, is a major complication in diabetes.The underlying cellular mechanisms of axon degeneration are poorly understood. IGFBP5, an inhibitory binding protein for insulin-like growth factor 1 (IGF1) is highly up-regulated in nerve biopsies of patients with DNP. We investigated the pathogenic relevance of this finding in transgenic mice overexpressing IGFBP5 in motor axons and sensory nerve fibers. These mice develop motor axonopathy and sensory deficits similar to those seen in DNP. Motor axon degeneration was also observed in mice in which the IGF1 receptor(IGF1R) was conditionally depleted in motoneurons, indicating that reduced activity of IGF1 on IGF1R in motoneurons is responsible for the observed effect. These data provide evidence that elevated expression of IGFBP5 in diabetic nerves reduces the availability of IGF1 for IGF1R on motor axons, thus leading to progressive neurodegeneration. Inhibition of IGFBP5 could thus offer novel treatment strategies for DNP.
Highlights
• Dopamine receptor-1 activation induces TrkB cell-surface expression in striatal neurons
• Dopaminergic deficits cause TrkB accumulation and clustering in the ER
• TrkB clusters colocalize with cargo receptor SORCS-2 in direct pathway striatal neurons
• Intracellular TrkB clusters fail to fuse with lysosomes after dopamine depletion
Summary
Disturbed motor control is a hallmark of Parkinson’s disease (PD). Cortico-striatal synapses play a central role in motor learning and adaption, and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) from cortico-striatal afferents modulates their plasticity via TrkB in striatal medium spiny projection neurons (SPNs). We studied the role of dopamine in modulating the sensitivity of direct pathway SPNs (dSPNs) to BDNF in cultures of fluorescence-activated cell sorting (FACS)-enriched D1-expressing SPNs and 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-treated rats. DRD1 activation causes enhanced TrkB translocation to the cell surface and increased sensitivity for BDNF. In contrast, dopamine depletion in cultured dSPN neurons, 6-OHDA-treated rats, and postmortem brain of patients with PD reduces BDNF responsiveness and causes formation of intracellular TrkB clusters. These clusters associate with sortilin related VPS10 domain containing receptor 2 (SORCS-2) in multivesicular-like structures, which apparently protects them from lysosomal degradation. Thus, impaired TrkB processing might contribute to disturbed motor function in PD.
Introduction:
Fibromyalgia syndrome (FMS) and small fiber neuropathy (SFN) are distinct pain conditions that share commonalities and may be challenging as for differential diagnosis.
Objective:
To comprehensively investigate clinical characteristics of women with FMS and SFN to determine clinically applicable parameters for differentiation.
Methods:
We retrospectively analyzed medical records of 158 women with FMS and 53 with SFN focusing on pain-specific medical and family history, accompanying symptoms, additional diseases, and treatment. We investigated data obtained using standardized pain, depression, and anxiety questionnaires. We further analyzed test results and findings obtained in standardized small fiber tests.
Results:
FMS patients were on average ten years younger at symptom onset, described higher pain intensities requiring frequent change of pharmaceutics, and reported generalized pain compared to SFN. Pain in FMS was accompanied by irritable bowel or sleep disturbances, and in SFN by paresthesias, numbness, and impaired glucose metabolism (P < 0.01 each). Family history was informative for chronic pain and affective disorders in FMS (P < 0.001) and for neurological disorders in SFN patients (P < 0.001). Small fiber pathology in terms of skin denervation and/or thermal sensory threshold elevation was present in 110/158 (69.7 %) FMS patients and 39/53 (73.6 %) SFN patients. FMS patients mainly showed proximally reduced skin innervation and higher corneal nerve branch densities (p<0.001) whereas SFN patients were characterized by reduced cold detection and prolonged electrical A-delta conduction latencies (P < 0.05).
Conclusions:
Our data show that FMS and SFN differ substantially. Detailed pain, drug and family history, investigating blood glucose metabolism, and applying differential small fiber tests may help to improve diagnostic differentiation and targeted therapy.
Fibromyalgia syndrome (FMS) is a heterogeneous chronic pain syndrome characterized by musculoskeletal pain and other key co-morbidities including fatigue and a depressed mood. FMS involves altered functioning of the central and peripheral nervous system (CNS, PNS) and immune system, but the specific molecular pathophysiology remains unclear. Anti-cholinergic treatment is effective in FMS patient subgroups, and cholinergic signaling is a strong modulator of CNS and PNS immune processes. Therefore, we used whole blood small RNA-sequencing of female FMS patients and healthy controls to profile microRNA regulators of cholinergic transcripts (CholinomiRs). We compared microRNA profiles with those from Parkinson's disease (PD) patients with pain as disease controls. We validated the sequencing results with quantitative real-time PCR (qRT-PCR) and identified cholinergic targets. Further, we measured serum cholinesterase activity in FMS patients and healthy controls. Small RNA-sequencing revealed FMS-specific changes in 19 CholinomiRs compared to healthy controls and PD patients. qRT-PCR validated miR-182-5p upregulation, distinguishing FMS patients from healthy controls. mRNA targets of CholinomiRs bone morphogenic protein receptor 2 and interleukin 6 signal transducer were downregulated. Serum acetylcholinesterase levels and cholinesterase activity in FMS patients were unchanged. Our findings identified an FMS-specific CholinomiR signature in whole blood, modulating immune-related gene expression.
Voluntary movements induce postural perturbations which are counteracted by anticipatory postural adjustments (APAs). These actions are known to build up long fixation chains toward available support points (inter-limb APAs), so as to grant whole body equilibrium. Moreover, recent studies highlighted that APAs also build-up short fixation chains, within the same limb where a distal segment is moved (intra-limb APAs), aimed at stabilizing the proximal segments. The neural structures generating intra-limb APAs still need investigations; the present study aims to compare focal movement kinematics and intra-limb APA latencies and pattern between healthy subjects and parkinsonian patients, assuming the latter as a model of basal ganglia dysfunction. Intra-limb APAs that stabilize the arm when the index-finger is briskly flexed were recorded in 13 parkinsonian patients and in 10 age-matched healthy subjects. Index-finger movement was smaller in parkinsonian patients vs. healthy subjects (p = 0.01) and more delayed with respect to the onset of the prime mover flexor digitorum superficialis (FDS, p < 0.0001). In agreement with the literature, in all healthy subjects the FDS activation was preceded by an inhibitory intra-limb APA in biceps brachii (BB) and anterior deltoid (AD), and almost simultaneous to an excitatory intra-limb APA in triceps brachii (TB). In parkinsonian patients, no significant differences were found for TB and AD intra-limb APA timings, however only four patients showed an inhibitory intra-limb APA in BB, while other four did not show any BB intra-limb APAs and five actually developed a BB excitation. The frequency of occurrence of normal sign, lacking, and inverted BB APAs was different in healthy vs. parkinsonian participants (p = 0.0016). The observed alterations in index-finger kinematics and intra-limb APA pattern in parkinsonian patients suggest that basal ganglia, in addition to shaping the focal movement, may also contribute to intra-limb APA control.
Introduction
A novel neurostimulation system allows steering current in horizontal directions by combining segmented leads and multiple independent current control. The aim of this study was to evaluate directional DBS effects on parkinsonian motor features and adverse effects of subthalamic neurostimulation.
Methods
Seven PD patients implanted with the novel directional DBS system for bilateral subthalamic DBS underwent an extended monopolar review session during the first postoperative week, in which current thresholds were determined for rigidity control and stimulation-induced adverse effects using either directional or ring-mode settings.
Results
Effect or adverse effect thresholds were modified by directional settings for each of the 14 STN leads. Magnitude of change varied markedly between leads, as did orientation of optimal horizontal current steering.
Conclusion
Directional current steering through chronically implanted segmented electrodes is feasible, alters adverse effect and efficacy thresholds in a highly individual manner, and expands the therapeutic window in a monopolar review as compared to ring-mode DBS.
Dimethyl fumarate attenuates lymphocyte infiltration and reduces infarct size in experimental stroke
(2023)
Ischemic stroke is associated with exacerbated tissue damage caused by the activation of immune cells and the initiation of other inflammatory processes. Dimethyl fumarate (DMF) is known to modulate the immune response, activate antioxidative pathways, and improve the blood–brain barrier (BBB) after stroke. However, the specific impact of DMF on immune cells after cerebral ischemia remains unclear. In our study, male mice underwent transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) for 30 min and received oral DMF (15 mg/kg) or a vehicle immediately after tMCAO, followed by twice-daily administrations for 7 days. Infarct volume was assessed on T2-weighted magnetic resonance images on days 1 and 7 after tMCAO. Brain-infiltrating immune cells (lymphocytes, monocytes) and microglia were quantified using fluorescence-activated cell sorting. DMF treatment significantly reduced infarct volumes and brain edema. On day 1 after tMCAO, DMF-treated mice showed reduced lymphocyte infiltration compared to controls, which was not observed on day 7. Monocyte and microglial cell counts did not differ between groups on either day. In the acute phase of stroke, DMF administration attenuated lymphocyte infiltration, probably due to its stabilizing effect on the BBB. This highlights the potential of DMF as a therapeutic candidate for mitigating immune cell-driven damage in stroke.
MicroRNAs (miRNAs) are increasingly recognized as regulators of immune and neuronal gene expression and are potential master switches in neuropathic pain pathophysiology. miR-21 is a promising candidate that may link the immune and the pain system. To investigate the pathophysiological role of miR-21 in neuropathic pain, we assessed mice deficient of B7 homolog 1 (B7-H1), a major inhibitor of inflammatory responses. In previous studies, an upregulation of miR-21 had been shown in mouse lymphocytes. Young (8 weeks), middle-aged (6 months), and old (12 months) B7-H1 ko mice and wildtype littermates (WT) received a spared nerve injury (SNI). We assessed thermal withdrawal latencies and mechanical withdrawal thresholds. Further, we performed tests for anxiety-like and cognitive behavior. Quantitative real time PCR was used to determine miR-21 relative expression in peripheral nerves, and dorsal root ganglia (DRG) at distinct time points after SNI. We found mechanical hyposensitivity with increasing age of naïve B7-H1 ko mice. Young and middle-aged B7-H1 ko mice were more sensitive to mechanical stimuli compared to WT mice (young: p < 0.01, middle-aged: p < 0.05). Both genotypes developed mechanical and heat hypersensitivity (p < 0.05) after SNI, without intergroup differences. No relevant differences were found after SNI in three tests for anxiety like behavior in B7-H1 ko and WT mice. Also, SNI had no effect on cognition. B7-H1 ko and WT mice showed a higher miR-21 expression (p < 0.05) and invasion of macrophages and T cells in the injured nerve 7 days after SNI without intergroup differences. Our study reveals that increased miR-21 expression in peripheral nerves after SNI is associated with reduced mechanical and heat withdrawal thresholds. These results point to a role of miR-21 in the pathophysiology of neuropathic pain, while affective behavior and cognition seem to be spared. Contrary to expectations, B7-H1 ko mice did not show higher miR-21 expression than WT mice, thus, a B7-H1 knockout may be of limited relevance for the study of miR-21 related pain.
Differential effects of FTY720 on the B cell compartment in a mouse model of multiple sclerosis.
(2017)
Background:
MP4-induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a mouse model of multiple sclerosis (MS), which enables targeted research on B cells, currently much discussed protagonists in MS pathogenesis. Here, we used this model to study the impact of the S1P1 receptor modulator FTY720 (fingolimod) on the autoreactive B cell and antibody response both in the periphery and the central nervous system (CNS).
Methods:
MP4-immunized mice were treated orally with FTY720 for 30 days at the peak of disease or 50 days after EAE onset. The subsequent disease course was monitored and the MP4-specific B cell/antibody response was measured by ELISPOT and ELISA. RNA sequencing was performed to determine any effects on B cell-relevant gene expression. S1P\(_{1}\) receptor expression by peripheral T and B cells, B cell subset distribution in the spleen and B cell infiltration into the CNS were studied by flow cytometry. The formation of B cell aggregates and of tertiary lymphoid organs (TLOs) was evaluated by histology and immunohistochemistry. Potential direct effects of FTY720 on B cell aggregation were studied in vitro.
Results:
FTY720 significantly attenuated clinical EAE when treatment was initiated at the peak of EAE. While there was a significant reduction in the number of T cells in the blood after FTY720 treatment, B cells were only slightly diminished. Yet, there was evidence for the modulation of B cell receptor-mediated signaling upon FTY720 treatment. In addition, we detected a significant increase in the percentage of B220\(^{+}\) B cells in the spleen both in acute and chronic EAE. Whereas acute treatment completely abrogated B cell aggregate formation in the CNS, the numbers of infiltrating B cells and plasma cells were comparable between vehicle- and FTY720-treated mice. In addition, there was no effect on already developed aggregates in chronic EAE. In vitro B cell aggregation assays suggested the absence of a direct effect of FTY720 on B cell aggregation. However, FTY720 impacted the evolution of B cell aggregates into TLOs.
Conclusions:
The data suggest differential effects of FTY720 on the B cell compartment in MP4-induced EAE.
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.
Different phosphoinositide 3-kinase isoforms mediate carrageenan nociception and inflammation
(2016)
Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) participate in signal transduction cascades that can directly activate and sensitize nociceptors and enhance pain transmission. They also play essential roles in chemotaxis and immune cell infiltration leading to inflammation. We wished to determine which PI3K isoforms were involved in each of these processes. Lightly anesthetized rats (isoflurane) were injected subcutaneously with carrageenan in their hind paws. This was preceded by a local injection of 1% DMSO vehicle or an isoform-specific antagonist to PI3K-α (compound 15-e), -β (TGX221), -δ (Cal-101), or -γ (AS252424). We measured changes in the mechanical pain threshold and spinal c-Fos expression (4 hours after injection) as indices of nociception. Paw volume, plasma extravasation (Evans blue, 0.3 hours after injection), and neutrophil (myeloperoxidase; 1 hour after injection) and macrophage (CD11b+; 4 hour after injection) infiltration into paw tissue were the measured inflammation endpoints. Only PI3K-γ antagonist before treatment reduced the carrageenan-induced pain behavior and spinal expression of c-Fos (P ≤ 0.01). In contrast, pretreatment with PI3K-α, -δ, and-γ antagonists reduced early indices of inflammation. Plasma extravasation PI3K-α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.05), and -γ (P ≤ 0.01), early (0-2 hour) edema -α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.001), and -γ (P ≤ 0.05), and neutrophil infiltration (all P ≤ 0.001) were all reduced compared to vehicle pretreatment. Later (2-4 hour), edema and macrophage infiltration (P ≤ 0.05) were reduced by only the PI3K-δ and -γ isoform antagonists, with the PI3K-δ antagonist having a greater effect on edema. PI3K-β antagonism was ineffective in all paradigms. These data indicate that pain and clinical inflammation are pharmacologically separable and may help to explain clinical conditions in which inflammation naturally wanes or goes into remission, but pain continues unabated.
Different phosphoinositide 3-kinase isoforms mediate carrageenan nociception and inflammation
(2016)
Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) participate in signal transduction cascades that can directly activate and sensitize nociceptors and enhance pain transmission. They also play essential roles in chemotaxis and immune cell infiltration leading to inflammation. We wished to determine which PI3K isoforms were involved in each of these processes. Lightly anesthetized rats (isoflurane) were injected subcutaneously with carrageenan in their hind paws. This was preceded by a local injection of 1% DMSO vehicle or an isoform-specific antagonist to PI3K-α (compound 15-e), -β (TGX221), -δ (Cal-101), or -γ (AS252424). We measured changes in the mechanical pain threshold and spinal c-Fos expression (4 hours after injection) as indices of nociception. Paw volume, plasma extravasation (Evans blue, 0.3 hours after injection), and neutrophil (myeloperoxidase; 1 hour after injection) and macrophage (CD11b+; 4 hour after injection) infiltration into paw tissue were the measured inflammation endpoints. Only PI3K-γ antagonist before treatment reduced the carrageenan-induced pain behavior and spinal expression of c-Fos (P <= 0.01). In contrast, pretreatment with PI3K-α, -δ, and -γ antagonists reduced early indices of inflammation. Plasma extravasation PI3K-α (P <= 0.05), -δ (P <= 0.05), and -γ (P <= 0.01), early (0-2 hour) edema -α (P <= 0.05), -δ (P <= 0.001), and -γ (P <= 0.05), and neutrophil infiltration (all P <= 0.001) were all reduced compared to vehicle pretreatment. Later (2-4 hour), edema and macrophage infiltration (P <= 0.05) were reduced by only the PI3K-δ and -γ isoform antagonists, with the PI3K-δ antagonist having a greater effect on edema. PI3K-β antagonism was ineffective in all paradigms. These data indicate that pain and clinical inflammation are pharmacologically separable and may help to explain clinical conditions in which inflammation naturally wanes or goes into remission, but pain continues unabated.
Introduction
IgG4 autoantibodies against paranodal proteins are known to induce acute-onset and often severe sensorimotor autoimmune neuropathies. How autoantibodies reach their antigens at the paranode in spite of the myelin barrier is still unclear.
Methods
We performed in vitro incubation experiments with patient sera on unfixed and unpermeabilized nerve fibers and in vivo intraneural and intrathecal passive transfer of patient IgG to rats, to explore the access of IgG autoantibodies directed against neurofascin-155 and contactin-1 to the paranodes and their pathogenic effect.
Results
We found that in vitro incubation resulted in weak paranodal binding of anti-contactin-1 autoantibodies whereas anti-neurofascin-155 autoantibodies bound to the nodes more than to the paranodes. After short-term intraneural injection, no nodal or paranodal binding was detectable when using anti-neurofascin-155 antibodies. After repeated intrathecal injections, nodal more than paranodal binding could be detected in animals treated with anti-neurofascin-155, accompanied by sensorimotor neuropathy. In contrast, no paranodal binding was visible in rats intrathecally injected with anti-contactin-1 antibodies, and animals remained unaffected.
Conclusion
These data support the notion of different pathogenic mechanisms of anti-neurofascin-155 and anti-contactin-1 autoantibodies and different accessibility of paranodal and nodal structures.
Differences in stem cell marker and osteopontin expression in primary and recurrent glioblastoma
(2022)
Background
Despite of a multimodal approach, recurrences can hardly be prevented in glioblastoma. This may be in part due to so called glioma stem cells. However, there is no established marker to identify these stem cells.
Methods
Paired samples from glioma patients were analyzed by immunohistochemistry for expression of the following stem cell markers: CD133, Musashi, Nanog, Nestin, octamer-binding transcription factor 4 (Oct4), and sex determining region Y-box 2 (Sox2). In addition, the expression of osteopontin (OPN) was investigated. The relative number of positively stained cells was determined. By means of Kaplan–Meier analysis, a possible association with overall survival by marker expression was investigated.
Results
Sixty tissue samples from 30 patients (17 male, 13 female) were available for analysis. For Nestin, Musashi and OPN a significant increase was seen. There was also an increase (not significant) for CD133 and Oct4. Patients with mutated Isocitrate Dehydrogenase-1/2 (IDH-1/2) status had a reduced expression for CD133 and Nestin in their recurrent tumors. Significant correlations were seen for CD133 and Nanog between OPN in the primary and recurrent tumor and between CD133 and Nestin in recurrent tumors. By confocal imaging we could demonstrate a co-expression of CD133 and Nestin within recurrent glioma cells. Patients with high CD133 expression had a worse prognosis (22.6 vs 41.1 months, p = 0.013). A similar trend was seen for elevated Nestin levels (24.9 vs 41.1 months, p = 0.08).
Conclusions
Most of the evaluated markers showed an increased expression in their recurrent tumor. CD133 and Nestin were associated with survival and are candidate markers for further clinical investigation.
Multiple Sklerose ist eine chronisch degenerative Erkrankung des ZNS, deren Therapie-möglichkeiten noch immer begrenzt sind. In der vorliegenden Arbeit wurde in vitro der selektive PDE-IV-Inhibitor Mesopram untersucht, welcher bereits in einer Phase II Studie bei Patienten mit klinisch gesicherter MS zum Einsatz kommt. Anhand von HBMEC’s, die als ein Model der menschlichen BHS gelten, konnten TJ’s (ZO-1, Claudin-3, Occludin), Adhäsionsmoleküle (ICAM, VCAM, MCAM), Zytokine und Chemokine (AR, Il-6, MCP-1, Il-8) und MMP-2 nachgewiesen werden. Diese Faktoren sind bei der Zerstörung der BHS in der Pathologie der MS beteiligt. Die Idee dieser Arbeit war es, durch die spezifische PDE-IV-Inhibition mit Mesopram die untersuchten Faktoren der BHS so zu beeinflussen, dass eine weitere Permeabilitätserhöhung verhindert werden könnte. Da es sich bei MS um eine inflammatorische Erkrankung handelt und TNFα in MS-Läsionen gefunden wird, wurde in dieser Arbeit TNFα als inflammatorischer Stimulus verwendet. Unter TNFα-Stimulation wurden die meisten der genannten Faktoren vermehrt exprimiert. Keine Veränderung unter TNFα zeigten Occludin, ZO-1, VCAM und MMP-2. Die HBMEC’s wurden über 24 und 48 h mit TNFα und Mesopram stimuliert. Es konnte in den unterschiedlichen Auswertungen (ELISA, FACS, Western Blot, Zymographie) keine regulatorische Modulation der verschiedenen Faktoren unter Mesopram-induzierter cAMP-Erhöhung nachgewiesen werden.
Zu den häufigsten Symptomen der Neuroborreliose zählen Meningopolyradikulitis, lymphozytäre Meningitis und eine Beteiligung von Hirnnerven. Die Diagnosestellung erfolgt anhand klinischer Symptomatik, Liquoranalyse und Antikörperuntersuchungen von Liquor und Serum. Besonders in der Frühphase der Infektion gestaltet sich die Diagnosesicherung aufgrund der noch fehlenden Antikörperreaktion jedoch oftmals sehr schwierig.
Die Ergebnisse mehrerer Studien legen nahe, dass CXCL-13 einen wertvollen Beitrag leisten könnte, um diese diagnostische Lücke zu schließen. Ziel der Studie war es, die Wertigkeit des Liquorbiomarkers CXCL-13 in der Diagnostik der Neuroborreliose und anderer neuroinflammatorischer Erkrankungen anhand eines großen unselektierten Kollektivs zu ermitteln, einen cut-off Wert für die Verwendung im klinischen Alltag zu definieren und die Ergebnisse mit der bestehenden Literatur zu vergleichen.
Dafür wurden am Klinikum Wels-Grieskirchen über einen Zeitraum von 3 Jahren alle Patienten analysiert, bei denen im Rahmen einer Liquorpunktion die CXCL-13 Konzentration bestimmt wurde. Die Patienten wurden anhand der Hauptdiagnose bei Entlassung in 12 Diagnosegruppen aufgeteilt, für die Einteilung der Neuroborreliose Patienten wurden die Diagnoseleitlinien der DGN herangezogen.
Alle Liquorproben wurden routinemäßig auf Zellzahl, Gesamteiweiß und Laktat untersucht, die CXCL-13 Konzentration wurde anhand eines enzyme-linked immunsorbent assay (CXCL-13 ELISA, Euroimmun) bestimmt.
Unter den 1410 augewerteten Patienten fanden sich 29 Fälle mit gesicherter Neuroborreliose sowie 9 Fälle mit wahrscheinlicher/möglicher Neuroborreliose. Beide Neuroborreliosegruppen zeigten eine deutlich erhöhte mediane CXCL-13 Konzentration (554pg/ml bzw. 649pg/ml), in der Gruppe der bakteriellen und Pilzinfektionen (n=6) fand sich ebenfalls ein deutlich erhöhter Median von 410pg/ml. Alle anderen Gruppen wiesen signifikant niedrigere CXCL-13 Konzentrationen auf (p<0,001), lediglich bei sechs Patienten aus der Gruppe der soliden Tumore, darunter ein kutanes Lymphom und fünf hirneigene Tumore, wurden Werte über 500pg/ml gefunden.
Anhand einer ROC-Kurve wurde der ideale cut-off für die Diagnose der gesicherten Neuroborreliose errechnet. Dieser lag bei 55,5pg/ml mit einer Sensitivität von 96,6% (95% KI 80,4-99,8%) und einer Spezifität von 94,9% (95% KI 93,5-95,9%).
Bei 28 der 29 gesicherten Neuroborreliosefälle konnte ein positiver Antikörperindex nachgewiesen werden, dies entspricht einer Sensitivität von 96,6%. Der direkte Erregernachweis mittels PCR wurde bei neun Patienten durchgeführt, er war lediglich in zwei Fällen positiv, die Sensitivität lag bei 22,2%.
Bei den Patienten mit wahrscheinlicher Neuroborreliose (n=5) war eine Bestimmung des Antikörper-Index nicht möglich, da entweder nur im Serum oder im Liquor borrelienspezifische Antikörper vorlagen. Alle Patienten zeigten eine typische klinische Symptomatik, eine lymphozytäre Pleozytose und deutlich erhöhte CXCL-13 Konzentrationen. Es erfolgte eine antibiotische Therapie mit Ceftriaxon, worauf die Symptomatik rasch rückläufig war.
Die Ergebnisse der Studie bestätigen die hohe Wertigkeit von CXCL-13 für die Diagnose der Neuroborreliose und belegen die Übertragbarkeit der bisherigen Funde auf ein unselektiertes Patientenkollektiv. Die CXCL-13 Bestimmung ist dem direkten Erregernachweis deutlich überlegen, dieser ist aufgrund der niedrigen Sensitivität lediglich als Bestätigungstest geeignet. Im Vergleich zum borrelienspezifischen Antikörper-Index ist CXCL-13 als in etwa ebenbürtig anzusehen. Besonders in der Frühphase der Infektion bietet die CXCL-13 Bestimmung aufgrund der Latenzzeit bis zur Nachweisbarkeit von Antikörpern jedoch einen deutlichen Vorteil. Zusätzlich fällt die CXCL-13 Konzentration nach erfolgter Therapie rasch wieder ab, wodurch es sich auch als Verlaufsparameter eignet. Ein positiver Antikörper-Index kann über viele Jahre persistieren, weshalb eine Unterscheidung zwischen akuter und abgelaufener Infektion unmöglich ist. Am sinnvollsten erscheint eine Kombination von CXCL-13 und Antikörper-Index, in Verbindung mit der klinischen Präsentation ergibt sich so eine sehr hohe diagnostische Sicherheit in allen Stadien der Erkrankung.
Eine Vielzahl von Patienten mit fortgeschrittener, beziehungsweise dialysepflichtiger Niereninsuffizienz entwickeln eine Polyneuropathie. Die Pathogenese der urämischen Neuropathie (UN) ist nicht geklärt, sodass auf der Suche nach dem Pathomechanismus auch ein Vitamin-B12-Mangel diskutiert werden muss, da dieser ähnliche Symptome wie die UN hervorrufen kann. Ziel dieser Studie war es, den Zusammenhang zwischen den Parametern des Vitamin-B12-Stoffwechsels und der UN darzustellen. In einer prospektiven Studie mit insgesamt 54 teilnehmenden Patienten wurden diese vor und nach einer Vitamin-B12-Substitution laborchemisch untersucht. Zudem erhielten die Patienten neben einer klinischen Untersuchung eine elektroneurographische Diagnostik des N. suralis und des N. tibialis, sowie eine QST-Untersuchung.
Bei den Charcot-Marie-Tooth (CMT) Neuropathien handelt es sich um erbliche Erkrankungen des peripheren Nervensystems, die progredient zu motorischen und sensorischen Defiziten führen und für die bislang keine kausalen Therapieoptionen existieren. In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass Entzündungsreaktionen, insbesondere durch Lymphozyten und Makrophagen vermittelt, eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese dieser Erkrankung spielen. Neben neuronaler und axonaler Schädigung, sowie Demyelinisierung ist in untersuchten Myelin Mutanten auch eine erhöhte Anzahl an denervierten neuromuskulärer Endplatten zu erkennen. Eine genetische Blockade der Makrophagen-Aktivierung konnte in den Studien eine Verbesserung sämtlicher neuropathologischer Merkmale bei gleichzeitig reduzierter Makrophagenanzahl zeigen. Ob und welche Rolle Makrophagen bei der Denervation neuromuskulärer Endplatten spielen, blieb bislang ungeklärt.
In dieser Studie konnte in allen untersuchten Myelin Mutanten im Vergleich zum Wildtyp eine Zunahme an neuromuskulären Synapsen beobachtet werden, die mit Makrophagen räumlich assoziiert waren. Daneben zeigten entsprechende Myelin Mutanten eine Zunahme denervierter und partiell denervierter Endplatten und zwar interessanterweise direkt proportional zur Anzahl an Synapsen in Assoziation mit Makrophagen. Das bedeutet, dass die Anzahl an Endplatten in Assoziation mit Makrophagen verhältnismäßig parallel zur Anzahl an denervierten Endplatten zunahm, während die Anzahl an Makrophagen im gesamten Muskel nahezu unverändert blieb. Dies deutet eine mögliche Rolle der räumlich mit Endplatten assoziierten Makrophagen an deren Denervation an. Dabei waren alle Synapsen in Assoziation mit Makrophagen innerviert und damit morphologisch intakt. Bei doppel-mutanten Mäusen mit genetischer Blockade der Makrophagen-Aktivierung waren die beschriebenen pathologischen Merkmale an der neuromuskulären Synapse deutlich reduziert bei gleichzeitig signifikanter Abnahme an Makrophagen in Assoziation mit Endplatten. Ähnliche pathologische Auffälligkeiten wie bei Myelin Mutanten fanden sich in geringerer Ausprägung auch im Wildtyp im Rahmen des Alterungsprozesses sowie auch bei Mäusen mit Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF.
Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sowohl in der Pathogenese der CMT Neuropathie wie auch im Rahmen altersbedingter Neurodegeneration ein Makrophagen-vermittelter Schaden an der neuromuskulären Endplatte entsteht. Wesentliche Mediatoren scheinen hierbei das von Fibroblasten und vermutlich auch perisynaptischen Fibroblasten exprimierte CSF-1 zu sein, sowie MCP-1, das durch Schwann Zellen und möglicherweise auch von terminalen Schwann Zellen freigesetzt wird. Auch eine Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF bewirkt zumindest in geringem Ausmaß eine Zunahme der pathologischen Merkmale Denervation und Makrophagen-Endplatten-Assoziation im Vergleich zum Wildtyp. Diese Ergebnisse erweitern insbesondere das Wissen um Pathomechanismen an der neuromuskulären Endplatte und eröffnen neue Möglichkeiten der Behandlung für CMT und weitere neuromuskuläre Erkrankungen.
Ziel der vorliegenden Arbeit war, zu untersuchen, ob Immunzellen den Schweregrad einer peripheren Neuropathie im Mausmodell von CMT1X (Cx32def (Cx32-defiziente) Maus) beeinflussen können. Mit Hilfe von immunhistochemischen Färbemethoden, lichtmikroskopischen, immunelektronenmikroskopischen und computergestützen konventionellen elektronenmikroskopischen Auswertungsverfahren wurde die Anzahl von endoneuralen Makrophagen und CD8+ T-Zellen, sowie die Morphologie von Quadricepsnerven und ventralen Spinalwurzeln analysiert.. Aufgrund der vorliegenden Ergebnissen können dabei folgende Aussagen getroffen werden: 1. Makrophagen und CD8+ T-Zellen sind in Quadricepsnerven von Cx32-defizienten Mäusen hochreguliert, wobei die Anzahl der endoneuralen Makrophagen die Anzahl der CD8+ T-Zellen wesentlich übersteigt. Die Anzahl war altersabhängig und korrelierte mit dem Schweregrad des pathomorphologischen Bildes der peripheren Neuropathie. 2. Mit Immunelektronenmikroskopie haben wir eindeutig identifizierbare endoneurale Makrophagen innerhalb der endoneuralen Röhren in engem Kontakt zu demyelinisierten oder in Demyelinisierung begriffenen Axonen nachgewiesen. Endoneurale Makrophagen enthielten häufig Reste von phagozytiertem Myelin. 3. Bei Immun- und konventioneller Elektronenmikroskopie haben wir häufig ausgeprägte Kontakte zwischen Makrophagen und Fibroblasten beobachtet. 4. In Cx32def/RAG-1-/- Doppelmutanten, die zusätzlich zu der Myelinmutation auch keine reifen Lymphozyten beinhalten, ist eine signifikant geringere Hochregulation der Anzahl von endoneuralen Makrophagen nachweisbar, ebenso eine wesentliche Abmilderung der pathologischen Veränderungen von Quadricepsnerven und ventralen Spinalwurzeln im Vergleich zu Cx32def/ RAG-1+/? Geschwistertieren. Diese Ergebnisse lassen die Schlußfolgerung zu, daß Makrophagen und CD8+ T-Zellen die primär genetisch-bedingte Demyelinisierung im Mausmodell für CMT1X wesentlich verstärkend beeinflussen. Aufgrund der ähnlichen Literaturdaten über das Mausmodell von CMT1B (P0+/- Mutante) können wir vermuten, daß die Interaktion zwischen Schwann- und Immunzellen eine wichtige Komponente der peripheren Demyelinisierung in Mausmodellen für CMT1 ist.
In der Puppenhandillusion (PHI) wird durch die synchrone Berührung der nicht-sichtbaren Hand des Probanden und einer sichtbaren Puppenhand ein illusio-näres Körperzugehörigkeitsgefühl induziert. Dieses Paradigma erlaubt es zu untersuchen, wie das Gehirn widersprüchliche multisensorische Informationen während einer perzeptiven Inferenz auflöst.
Vorausgehende Studien weisen darauf hin, dass der Konflikt zwischen visueller und propriozeptiver Information vor der PHI durch eine Abschwächung des so-matosensiblen Inputs behoben wird. Um herauszufinden, ob eine Exzitabilitäts-Minderung des primären somatosensiblen Kortex die PHI verstärken kann, kam die kathodale transkranielle Gleichstromstimulation (c-tDCS) zum Einsatz.
An dreißig gesunden Probanden wurde die PHI ohne (=baseline) und während tDCS untersucht. Jeder Proband erhielt kathodale, anodale und sham-Stimulation an drei unterschiedlichen Tagen im Abstand von je einer Woche. Das PHI-Paradigma wurde in sechs Distanzen (von 17,5 bis 67,5 cm) zwischen der eigenen Hand und der Puppenhand durchgeführt. Das Auftreten der PHI wurde anhand eines Fragebogens (Illusionsscore, IS) und der Abweichung der gefühlten Handposition in Bezug zur realen Position (relativer Drift, RD) evalu-iert. Die kathodale Stimulation war mit einem signifikanten Anstieg des IS im Vergleich zur anodalen Stimulation assoziiert, wohingegen die RD-Werte über alle Stimulationsarten hinweg vergleichbar waren.
Die fehlende Signifikanz zwischen Verum und Sham-Stimulation wurde auf die geringe Effektstärke bei vergleichsweise kleinem Probandenkollektiv bezogen.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen jedoch eine verstärkte Wahrnehmung der PHI unabhängig von demographischen Faktoren, wenn kathodale tDCS über dem kontralateralen primären somatosensiblen Kortex appliziert wurde. Dies unterstützt unsere Hypothese, dass eine Abschwächung der somatosensiblen Präzision den Weg für eine erleichterte Integration eines fremden Körperteils in das eigene Körperschema ebnet.
In dieser Arbeit wurde mit Hilfe von small-molecule Inhibitoren die Rolle von clathrin- und dynaminabhängigen Endozytosemechanismen bei der Aufnahme von anti-Amphiphysin-Autoantikörpern am Zellkulturmodell primärer hippocampaler Neurone untersucht. Hierbei konnte eine Beeinflussung der Autoaantikörperaufnahme durch die Intervention gezeigt werden. Außerdem erfolgte der Versuch der Etablierung eines siRNA knockdowns unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Traansfektionsreaaagenzien.
Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, ob dendritische Zellen eine Rolle beim ischämischen Schlaganfall spielen. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurde ein Mausmodell gewählt, in dem es nach Administration von Diphterietoxin zur selektiven Depletion CD11c positiver Zellen kommt (C.FVB-Tg(Itgax-DTR/EGFP)57Lan/J). Hierbei wird der Diphterietoxinrezeptor unter dem CD11c Promotor (ITGAX) exprimiert. Aufgrund der Wiederherstellung dendritischer Zellen nach ca. 24 Stunden waren wiederholte Applikationen von Diphterietoxin notwendig. Die Zusammensetzung anderer Immunzellen wurde dabei im Wesentlichen nicht geändert.
Für eine Schlaganfallinduktion wurde eine tMCAO (transient middle cerebral artery occlusion) durchgeführt. Hierbei wird durch Okklusion der A. cerebri media mittels Verschlussfilament für 30 oder 60 Minuten ein Schlaganfall im Mediastromgebiet induziert.
Es wurden unterschiedliche Verschlusszeiten, Zeitpunkte und Depletionsraten untersucht. In keinem der Versuchsansätze kam es zu einer signifikanten Veränderung des Schlaganfallvolumens nach Depletion CD11c positiver Zellen.
Mittels quantitativer real-time PCR wurde die Expression unterschiedlicher Zytokine nach tMCAO und CD11c-Depletion untersucht. An Tag 1 nach Schlaganfallinduktion und hoher Depletionsrate ergab sich eine Verminderung der Expression von IL-1β und IL-6, während an Tag 3 und niedriger Depletionsrate die Expression dieser Zytokine nach CD11c-Depletion zunahm. Grund hierfür könnte die Expression dieser Zytokine durch andere Zellen des Immunsystems, wie etwa neutrophile Granulozyten oder Mikroglia/Makrophagen sein, die möglicherweise einer regulatorischen Funktion durch die Interaktion von Dendritischen Zellen und regulatorischen T-Zellen unterliegen. Weitere experimentelle Ansätze sind notwendig, um diese Fragestellung beantworten zu können.
TGF-β zeigte durchgehend in allen Versuchsanordnungen eine verminderte Expression nach der Depletion dendritischer Zellen. Es ist naheliegend, dass dieses neuroprotektiv-regulatorische Zytokin direkt einer Produktion durch dendritische Zellen oder von nachfolgend aktivierten T-Zellen unterliegt.
In immunhistochemischen Studien konnte des Weiteren keine Änderung des Immigrationsverhaltens von CD11b+ Zellen ins Gehirn gesehen werden.
Diese Studie unterliegt jedoch einigen Limitationen. So stellte sich im Laufe der Experimente heraus, dass die wiederholte Applikation von Diphterietoxin zu einer erhöhten Mortalität der Versuchstiere führte. Nach Fertigstellung der Experimente erschien hierzu eine Publikation, welche die wiederholte Administration von DTX und die Entwicklung einer Myokarditis im gewählten Mausmodell in Zusammenhang brachte.
Verschiedene mögliche Pathomechanismen einer Campylobacter jejuni-spezifischen Immunantwort bei der Entstehung akuter Immunneuropathien wurden untersucht. Neben anderen wurden für die Untersuchungen auch C. jejuni-Stämme eingesetzt, welche von Guillain-Barré- (GBS) und Miller-Fisher-syndrome (MFS) Patienten isoliert worden waren. Es wurden Ultraschall-Gesamt-Homogenate der C. jejuni Stämme sowie von Salmonella typhimurium als Kontrollbakterium hergestellt. Anschließend wurden verschiedene Proteinfraktionen isoliert und die Lipopolysaccharide (LPS) der Bakterien isoliert. Durch Immunisierung von Ratten mit diesen C. jejuni-Präparationen konnten keine Krankheitszeichen der experimentellen autoimmunen Neuritis (EAN) ausgelöst werden. Trotz Produktion hoher Titer C. jejuni-spezifischer Antikörper verlief in diesen Tieren eine anschließend durch P2-spezifische T-Lymphozyten induzierte adoptiv transferierte EAN (AT-EAN) nicht schwerer als in mit komplettem Freund´schen Adjuvans (CFA) kontrollimmunisierten Ratten. Nach Immunisierung mit C. jejuni-Protein wurden C. jejuni-spezifische T-Zellen von Lewis-Ratten gewonnen, die mit allen getesteten C. jejuni-Stämmen als Antigen reagieren, jedoch zeigten C. jejuni-spezifische Ratten-T-Zellen in vitro keine Kreuzreaktivität mit PNS-Antigenen und induzierten in vivo keine Neuritis. Im Modell der EAN läßt sich durch Füttern des Antigens eine natürliche orale Toleranz induzieren, welche die Tiere gegen eine aktiv induzierte EAN resistent macht. Die immunologische Auswirkung der enteralen Gabe von C. jejuni-LPS auf die natürliche Immuntoleranz wurde untersucht. Dabei konnte bei diskrepanten Ergebnissen keine pathogene Bedeutung von enteralen C. jejuni-Antigenen in der Ratte festgestellt werden. Zur Generation und Untersuchung C. jejuni-spezifischer monoklonaler Antikörper wurden Balb/c-Mäuse mit C. jejuni-LPS-Präparationen in CFA immunisiert und die Milzzellen dieser Tiere mit Maus-Myelomzellen fusioniert. Es konnte eine Vielzahl von monoklonalen Antikörpern etabliert werden. Selektive Spezifitäten der monoklonalen Antikörper für C. jejuni-LPS oder -protein wurden detektiert, die meisten der monoklonalen Antikörper als IgM, einige als IgG charakterisiert. Die Antikörper reagieren mit allen getesteten C. jejuni-Stämmen sowohl im ELISA als auch im Western Blot kreuz. Eine Reaktivität der Antikörper mit verschiedenen Gangliosiden konnte nicht nachgewiesen werden. Zur Untersuchung eines elektrophysiologisch fassbaren blockierenden Effektes von C. jejuni-spezifischen Antikörpern wurden Makro-patch-clamp-Untersuchungen am Mäusezwerchfell mit dialysierten Seren von C. jejuni-immunisierten Ratten durchgeführt. Einige der C. jejuni-Antiseren blockierten die präsynaptische Quantenfreisetzung partiell. Dieser Effekt war C. jejuni-spezifisch und durch Salmonella-Antiserum oder Kontrollseren CFA-immunisierter Tiere nicht induzierbar. Ein von uns generierter monoklonaler IgG-Antikörper gegen C. jejuni-LPS wurde ebenfalls in Makro-patch-clamp-Untersuchungen getestet und blockierte die Quantenfreisetzung. Weiterhin wurden humane T-Zellen gegen C. jejuni HB 93-13 generiert. Es konnte erstmals gezeigt werden, daß diese Zellen mit anderen C. jejuni-Stämmen, jedoch nicht mit Salmonellen, kreuzreagieren und ausschließlich Proteine jedoch nicht LPS erkennen. Die generierten Zellen sind alle HLA-DR restringiert und der Phänotyp wurde als CD 4+/CD 8-, /-TZR+ identifiziert. Einige der C. jejuni-spezifischen T-Zell-Linien zeigten eine starke oder partielle Kreuzreaktivität mit humanem rekombinantem P2-Protein des PNS und mit einzelnen P2-Peptiden. Dieser Befund belegt erstmals, dass durch Konfrontation mit C. jejuni eine zelluläre Immunantwort angestoßen werden kann, die in autoimmuner Weise mit Myelinprotein des PNS kreuzreagiert.
Das Körperselbstgefühl stellt einen elementaren, jedoch selten beachteten Bestandteil unserer Wahrnehmung dar, ohne dass wir den Alltag nicht bewältigen könnten. Umso gravierender ist es, wenn dieses Selbstverständnis für den eigenen Körper oder für einen Körperteil durch z.B. einen Schlaganfall verloren geht. Die Grundlagen der Entstehung und der Störung des Körperselbstgefühles sind bisher nur teilweise bekannt. Diese Studie hat zwei Aspekte des Körperselbstgefühles bei Schlaganfallpatienten un-tersucht: die Störung der Puppenhandillusion als eine Unfähigkeit, eine Illusion der Zu-gehörigkeit einer Puppenhand zum eigenen Körper zu empfinden und Asomatognosie als eine spontane Störung des Zugehörigkeitsgefühles zur eigenen Hand. Mit der so genannten Puppenhandillusion (PHI) kann auf einfache Weise die Basis der Selbstidentifikation untersucht werden. Innerhalb kurzer Zeit entsteht bei dem Proban-den der Eindruck, eine vor ihm liegende Puppenhand gehöre zu ihm. Die PHI entsteht, wenn die eigene, für den Probanden verdeckte Hand und eine für den Probanden sicht-bare, direkt über der eigenen Hand platzierte, lebensgroße Puppenhand zeit- und orts-synchron an den Fingern mit Pinseln berührt und bestrichen werden. Es wurden 120 gesunde Probanden und 70 Schlaganfallpatienten an beiden Händen mit der PHI untersucht und das Vorhandensein der PHI durch einen anschließend beantworteten Fragebogen festgestellt. Zusätzlich wurden 64 Schlaganfallpatienten auf das Vorhandensein einer Asomatognosie hin untersucht. Eine Analyse der ischämischen Läsionen der Schlaganfallpatienten wurde mit den dif-fusionsgewichteten MRT-Bildern und frei im Internet erhältlicher Software durchge-führt. Die Ischämien wurden manuell als regions of interest (ROI) markiert und in den Standardraum des MNI152-Gehirns transformiert. Rechtshemisphärische Läsionen wurden über die Mittellinie gespiegelt. Es wurden Subtraktionsanalysen und ein voxel-based lesion-symptom mapping (VLSM) zur Feststellung der für die PHI und eine nor-male Somatognosie essentiellen Hirnregionen angewandt. Repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) als reversible Läsionstechnik wurde über dem ventralen prämotorischen Kortex bei 8 Probanden durchgeführt. Erstmals wurde eine große Gruppe gesunder Probanden mit der PHI untersucht. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede im Auftreten der PHI in Bezug auf Alter, Geschlecht, Körperseite und Händigkeit. Die PHI konnte bei 86% der Probanden an beiden Händen induziert werden. Bei der rTMS-Untersuchung konnte nach Stimulation des prämotorischen Kortex keine signifikante Änderung des Illusionserlebnisses beobachtet werden. Eine kontraläsional gestörte PHI fand sich bei 11 (16%), eine bilateral gestörte PHI bei zusätzlich 7 (10%) der 70 Schlaganfallpatienten. Wir fanden Läsionsvoxel innerhalb der subkortikalen weißen Substanz in direkter struk-tureller Nähe zum prämotorischen, präfrontalen und parietalen Kortex sowie zur Insel-region, welche eine signifikante Assoziation mit kontraläsionaler bzw. beidseitiger PHI-Störung aufweisen. Eine kontraläsionale Asomatognosie wurde bei 18 (28%) von 64 Schlaganfallpatienten gefunden. Asomatognosie korrelierte nicht mit einer gestörten PHI- weder in der klini-schen Untersuchung noch hinsichtlich der Läsionslokalisation. Unsere Resultate sind vereinbar mit einer Rolle des prämotorischen Kortex und dessen subkortikalen Verbindungen, sowie parietaler Hirnregionen und der Inselregion bei der Entstehung der PHI. Bei Schlaganfallpatienten korrelierte eine Störung der PHI und eine Asomatognosie nicht miteinander, folglich gehen wir von zwei unabhängig voneinander bestehenden Mechanismen aus, denen verschiedene neuronale Netzwerke zugrunde liegen.
Autoantikörper gegen nodo-paranodale Proteine des Ranvier’schen Schnürrings wie
Neurofascin-155 (NF-155), Contactin-1 und Caspr wurden in der Literatur bei
Patienten/Patientinnen mit Immunneuropathien beschrieben. Bei zwei bis zehn Prozent
der Patienten/Patientinnen mit Immunneuropathien können Autoantikörper gegen
Isoformen des Neurofascin detektiert werden. Patienten/Patientinnen mit
Autoantikörpern gegen NF-155 weisen gemeinsame klinische Merkmale auf, unter
anderem einen schweren Verlauf mit subakutem Beginn, vorwiegend motorischen
Defiziten, Tremor und einem schlechten Ansprechen auf eine Therapie mit intravenösen
Immunglobulinen (IVIG). Ein Grund für Letzteres könnte sein, dass es sich überwiegend
um Autoantikörper der Subklasse IgG4 handelt, die als anti-inflammatorisch gelten und
kein Komplement aktivieren. Neben der IgG4-Subklasse können bei manchen
Erkrankten auch die proinflammatorischen IgG-Subklassen 1 bis 3 nachgewiesen
werden. Bei der Anti-Pan-Neurofascin (155/140/186) Polyneuropathie zeigt sich klinisch
häufig ein fulminanter Phänotyp mit IgG3 Prädominanz. Das Ziel dieser Studie war, die
Autoantikörper-induzierte Komplementablagerung zu detektieren, sowie die Rolle der
IgG Subklasse und die Effekte von IVIG auf Antikörperbindung, Komplementaktivierung
und Effektorfunktionen zu untersuchen.
Hierzu wurde das Serum von 212 Probanden/-innen mit der Verdachtsdiagnose einer
entzündlichen Neuropathie auf Autoantikörper gegen NF-155 mittels ELISA und
Bindungsversuchen an Mäusezupfnerven gescreent. Im Fall eines positiven
Ergebnisses dienten zellbasierte Bindungsversuche mit NF-155-transfizierten HEK-293-
Zellen als Bestätigungstest. Die Effekte unterschiedlicher IVIG Konzentrationen auf die
Antikörperbindung und Komplementablagerung wurden in ELISA,
Komplementbindungsassays und zellbasierten Verfahren getestet. Außerdem wurde
mithilfe von LDH-Zytotoxizitätsmessungen die Komplement-induzierte Zelllyse sowie die
Effekte von IVIG untersucht. Klinische Daten wurden retrospektiv ausgewertet.
Fünf Patienten/Patientinnen mit hohen Autoantikörpertitern gegen NF-155 und ein
Patient mit Anti-Pan-Neurofascin Autoantikörpern konnten in der Studie detektiert
werden. Der Patient mit Autoantikörpern gegen alle drei Isoformen des Neurofascins und
IgG3-Prädominanz zeigte die deutlichste Komplementablagerung. Bei drei
Patienten/Patientinnen, die IgG1, IgG2 und IgG4 aufwiesen, war eine Aktivierung des
Komplementsystems zu beobachten, während bei zwei Patienten mit prädominanter
IgG4-Antikörpersubklasse keine Komplementablagerung nachweisbar war. Bei
Letzteren war eine Therapie mit IVIG in der Vorgeschichte erfolglos, während es bei zwei
der Patienten/Patientinnen mit anderen IgG-Subklassen und Komplementbindung unter
IVIG Therapie zu einer mäßigen bis deutlichen Symptombesserung in der Akutphase
kam. Eine Koinkubation mit IVIG führte in den ELISA basierten und zellbasierten
Versuchen zu keinem Effekt auf die Autoantikörperbindung an das Zielantigen, jedoch
zu einer deutlichen Reduktion der Antikörper-vermittelten Komplementbindung. Diese
Reduktion war sowohl bei Koinkuabtion von IVIG mit dem Komplementfaktor C1q als
auch bei Präinkubation von IVIG vor C1q Gabe zu sehen. Bei zwei der
Patienten/Patientinnen mit hohen Komplementablagerungen konnte eine erhöhte
Zytotoxizität nachgewiesen werden, welche bei Zugabe von IVIG verringert wurde.
Schlussfolgernd ist die Autoantikörper-induzierte Komplementablagerung abhängig von
der prädominanten IgG Subklasse. IVIG führt zu einer deutlichen,
konzentrationsabhängigen Reduktion der Komplementablagerung, sowie möglicher
zytotoxischer Effektorfunktionen wie die Zytolyse myelinisierter Schwannzellen oder
Nervenaxonen. Darüber hinaus könnte die Subklassenanalyse von Erkrankten das
Therapieansprechen auf IVIG vorhersagen und sollte daher eine wichtige Rolle in der
Diagnostik der Nodo-Paranodopathie spielen. IVIG sowie andere über das
Komplementsystem wirkende Therapeutika können in der Behandlung der schwer
betroffenen Patienten/Patientinnen, insbesondere bei Anti-Pan-Neurofascin positiver
Neuropathie, in Betracht gezogen werden.
Das koinhibitorische Molekül B7-H1 beeinflusst adaptive Immunantworten und ist vermutlich an den Mechanismen zur Aufrechterhaltung peripherer Toleranz und der Limitierung inflammatorischen Schadens beteiligt. Zusätzlich kommt DZ eine entscheidende Bedeutung in der Entwicklung, Aufrechterhaltung und Regulation ZNS-spezifischer Autoimmunität und Inflammationsprozessen zu. Um den B7-H1/PD-1-Signalweg eingehender zu untersuchen, wurden adaptive Immunantworten und die Zielorgan-spezifische Infiltration im Modell der MOG35-55-induzierten EAE analysiert, einem Tiermodell der MS, das durch neurologische Schädigungen und progressive Paralyse bedingt durch die inflammatorische Demyelinisierung im ZNS charakterisiert ist. Im Vergleich zu Wildtyptieren zeigten B7-H1-/- Mäuse einen beschleunigten Krankheitsbeginn und eine signifikante Steigerung des Schweregrads der EAE. Periphere MOG35-55-spezifische IFNg-/IL-17-Immunzellantworten traten in B7-H1-/- Mäusen verfrüht und verstärkt auf, klangen allerdings auch schneller ab. Im ZNS persistierte jedoch eine signifikant höhere Anzahl aktivierter, Neuroantigen-spezifischer T-Zellen während allen Phasen der EAE, wobei diese Zellen ebenfalls größere Mengen proinflammatorischer Zytokine sezernieren konnten. Experimente mit APZ-assoziiertem B7-H1, die einen direkten inhibitorischen Effekt auf die Aktivierung und Proliferation MOG35-55-spezifischer Effektorzellen zeigten, unterstützen die Hypothese, dass parenchymale Expression von B7-H1 ausschlaggebend für das Schicksal von T-Zellen im Zielorgan ist. B7-H1 stellt damit ein Schlüsselmolekül für die Kontrolle parenchymaler Immunreaktionen dar. Nachdem die Relevanz von B7-H1 auf APZ in vitro bewiesen werden konnte, wurde der Einfluss von B7-H1 auf systemisch oder intrazerebral injizierten DZ mit immunogenem oder tolerogenem Phänotyp untersucht. Intravenöse Applikation von tolerogenen B7-H1-/- DZ resultierte in einer besseren Protektion gegen EAE, und dieser Effekt war von einer gesteigerten Produktion Tr1-/Th2-typischer Zytokine sowie einer verstärkten Sekretion von IL-4 und IL-13 durch CD1d-restringierte T-Zellen in der Peripherie begleitet. Die Anzahl Neuroantigen-spezifischer T-Zellen, die proinflammatorische Zytokine sezernierten, war dementsprechend sowohl in der Peripherie als auch im ZNS reduziert. In diesem Zusammenhang konnte für B7-H1 eine wesentliche Beteiligung an der Inhibition der Aktivierung antigen-spezifischer, regulatorischer T-Zellen und CD1d-restringierter T-Zellen gefunden werden. Bei der Injektion intrazerebraler DZ bewirkten tolerogene DZ im Vergleich zu immunogenen DZ eine Reduktion der ZNS-Infiltration mit CD4+ T-Zellen in der frühen Phase der Erkrankung. Außerdem konnte eine Veränderung des intrazerebralen Zytokinmilieus von IFNg/IL-17 exprimierenden enzephalitogenen T-Zellen zu IL-10+ regulatorischen T-Zellen gezeigt werden. B7-H1-Defizienz auf APZ verstärkte diesen Effekt und führte dadurch in den Mäusen zur partiellen Protektion gegen klinische Symptome der EAE. Zusätzlich wurde die Beteiligung von B7-H1 an der Rekrutierung und ZNS-lokalisierten Induktion der Proliferation CD8+ regulatorischer T-Zellen durch DZ beschrieben. Unabhängig vom Phänotyp der DZ wurde eine bereits in der frühen Phase vorhandene und dauerhaft expandierende Population von CD8+ T-Zellen im ZNS DZ[B7-H1-/-]-injizierter Mäuse gefunden. Diese Zellen konnten in vitro die Proliferation MOG35-55-spezifischer CD4+ T-Zellen supprimieren und wirkten so mutmaßlich an der Abmilderung der EAE mit. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit die entscheidende Bedeutung von B7 H1 auf DZ als immuninhibitorisches Molekül, das sowohl enzephalitogene als auch regulatorische T-Zell-Antworten moduliert und damit zur Limitation von Immunantworten beiträgt.
Die Auswirkungen der X-Inaktivierung auf den klinischen Phänotyp bei Patientinnen mit Morbus Fabry
(2023)
M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte Stoffwechselerkrankung. Die Mutation im α-Galactosidase A Gen führt zur reduzierten Aktivität des Enzyms und zur Akkumulation der Stoffwechselprodukte im gesamten Körper. Von der daraus resultierenden Multiorganerkrankung sind sowohl Männer, als auch Frauen betroffen. Als Grund hierfür steht eine verschobene X-Inaktivierung zur Diskussion.
In der vorliegenden Arbeit wurden 104 Frauen rekrutiert und die X-Inaktivierungsmuster in Mundschleimhautepithel, Blut und Hautfibroblasten untersucht. Es wurden umfangreiche klinische und laborchemische Untersuchungen durchgeführt, sodass von jeder Patientin ein klinischer Phänotyp vorlag, der mit Hilfe eines numerischen Scores klassifiziert wurde.
Es zeigte sich, dass Blut ein leicht zu asservierendes Biomaterial mit einer hohen Prävalenz an verschobenen X-Inaktivierungsmustern darstellt. Eine signifikante Korrelation mit dem klinischen Phänotyp konnte in keinem der drei untersuchten Gewebe nachgewiesen werden.
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 schubförmige Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche, demyelinisierende, multifokale Erkrankung des Zentralnervensystems (ZNS). Autoreaktive immunologische Prozesse, insbesondere der T-Zell vermittelten Immunität, leisten einen entscheidenden Beitrag zur Pathogenese der schubförmigen MS. Ein wesentlicher Schritt in immunpathogenetischen Modellen ist die transendotheliale Migration von Immunzellen über die Blut-Hirn-Schranke. Die Interaktion des very late antigen 4 (VLA-4) mit dem vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM-1) und mit Fibronectin leistet einen wesentlichen Beitrag zur Extravasation von T Zellen in das ZNS. Auf dieser Schlüsselfunktion des VLA-4 gründet die Therapie mit Natalizumab, einem monoklonalen Antikörper gegen die α4 Integrinkette. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Auswirkungen der Therapie der schubförmigen MS mit Natalizumab auf die transendotheliale Migration von CD4+CD25+FOXP3+ und CD4+HLA-G+ regulatorischen T Zellen (Treg) und auf die antiproliferative Funktion von FOXP3+ Treg zu untersuchen. Zentrale Hypothese war, dass Natalizumab über eine universelle Blockade der Immunzellinvasion in das ZNS hinaus immunmodulatorisch wirkt. Unter Verwendung eines prospektiven, longitudinalen Studiendesigns wurden die T Zellen von RR-MS Patienten unter Therapie mit Natalizumab (n=31) sowie von stabilen RR-MS Patienten ohne Therapie und gesunden Spendern in jeweils zwei in vitro Modellen der Blut-Hirn-Schranke sowie Treg vermittelter Immuntoleranz untersucht. FOXP3+ regulatorische T-Zellen banden weniger Natalizumab und exprimierten weniger VLA-4 als nicht-regulatorische T Helferzellen, bewahrten unter Therapie jedoch einen höheren Anteil ihrer ursprünglichen VLA-4 Expression. FOXP3+ Treg gesunder Spender wiesen in vitro höhere Migrationsraten über mikrovaskuläre humane Hirnendothelzellen als nicht-regulatorische T Helferzellen auf und akkumulierten innerhalb der T-Zell Population nach Migration. Dagegen reicherten sich FOXP3+ Treg von MS Patienten in Folge der Migration nur nach Vorbehandlung des Endothel mit inflammatorischen Zytokinen an, nicht jedoch ohne diese Vorbehandlung. Natalizumab beeinträchtigte die transendotheliale Migration von FOXP3+ Treg und nicht-regulatorischen T Helferzellen von MS Patienten in vergleichbaren Ausmaßen. HLA-G+ Treg zeigten in den Migrationsanalysen ein den FOXP3+ Treg entgegengesetztes Muster und wiesen ausschließlich in der MS, nicht jedoch im Gesunden, eine höhere Migrationsrate auf als HLA-G- T Helferzellen. Diese Akkumulation von HLA-G+ Treg in der migrierten Zellfraktion ließ sich nach Therapiebeginn nicht mehr nachweisen. Eine ergänzende Einzelfallstudie zu Auswirkungen des LFA-1 Antagonisten Efalizumab auf Treg ergab Hinweise auf eine Schlüsselfunktion dieses Integrins für die Migration von FOXP3+ Treg. Die Analyse der FOXP3+ Treg Suppressorfunktion zeigte eine schrittweise Zunahme des suppressiven Einflusses von FOXP3+ Treg auf die Reifung dendritischer Zellen unter Natalizumabtherapie. Zeitlich parallel kam es zu einem Ungleichgewicht in der Expression von LFA-1 auf der Oberfläche von FOXP3+ Treg und nicht-regulatorischen T Helferzellen. Zusammenfassend stützt die Studie die Hypothese immunmodulatorischer Effekte von Natalizumab in der schubförmigen Multiplen Sklerose, insbesondere auf den Antagonismus von regulatorischen und Effektor-T Zellen. Die Arbeit belegt, dass Natalizumab in vivo über die Blockade von VLA-4 hinaus modulatorisch in das Netzwerk von Adhäsionsmolekülen auf T Zellen eingreift. Die Studienergebnisse ergeben ein Überwiegen regulatorischer Einflüsse auf die Reifung dendritischer Zellen unter Therapie. Berichte zum Beitrag von LFA-1 zur Suppressorfunktion von FOXP3+ Treg werden durch Daten der vorliegenden Studie unterstützt und um Hinweise auf eine zusätzliche, spezifische Bedeutung des Integrins zur präferentiellen Diapedese dieser Treg über die Blut-Hirn-Schranke im Gesunden erweitert. Zudem liefert die Arbeit erstmals Hinweise auf einen Defekt der transendothelialen Migration von FOXP3+ Treg über die Blut-Hirn-Schranke in der schubförmigen Multiplen Sklerose, der zur Entstehung neuer Läsionen beitragen könnte.
In der vorliegenden Arbeit wurde geprüft, ob Gb3 in Hautstanzbiopsien von Patienten mit M. Fabry nachweisbar ist, die Ablagerungen quantifizierbar sind, mit der Krankheitsschwere korrelieren, und ob eine Unterscheidung von Patienten und gesunden Kontrollen anhand der dermalen Gb3-Ablagerungen möglich ist. Es wurden 84 Patienten mit M. Fabry über das FAZiT sowie 27 gesunde Kontrollen zwischen 2008 und 2013 prospektiv rekrutiert und jeweils eine proximale und eine distale Hautbiopsie entnommen. Zusätzlich erfolgten eine Anamnese, eine klinische Untersuchung, eine QST, das Ausfüllen von Fragebögen mit der Fragestellung nach Schmerz und Depression sowie eine Blutentnahme und kardiale Diagnostik. Die Immunfluoreszenz erfolgte mit Antikörpern gegen CD77, einem Marker für Gb3. Es erfolgte die verblindete, semiautomatische Quantifizierung der Gb3 Ablagerungen. Hierzu wurden pro Biopsie drei ROI ausgewählt und die Fläche der ROIs mit Gb3-Ablagerungen in Relation zu der Gesamtfläche der ROIs gesetzt. Für die Auswertung wurden die Patienten sowohl nach Geschlecht als auch nach Krankheitsschwere und einzelnen Symptomen stratifiziert Die Gb3 Ablagerungen ließen sich bevorzugt in Schweißdrüsen und Endothel nachweisen. Es fanden sich jedoch auch größere Mengen an Gb3-Ablagerungen ohne ersichtliches anatomischer Korrelat. Die Gb3-Ablagerungen wurden semiautomatisch quantifiziert. Es konnte nachgewiesen werden, dass männliche Fabry-Patienten eine deutlich größere Menge an Gb3 in den distalen Hautbiopsien zeigen als gesunde Kontrollen, Patienten mit einer eingeschränkten Nierenfunktion hatten eine größere Menge an Gb3-Ablagerungen in der Haut als Patienten mit einer uneingeschränkten Nierenfunktion. Bei Patienten mit einer SFN waren erhöhte dermale Gb3 Mengen vorhanden im Vergleich zu gesunden Kontrollen, bei Patienten ohne eine SFN fand sich dieser Unterschied nicht. Patienten mit einem niedrigen SNAP zeigten im Vergleich zu gesunden Kontrollen eine größere Menge an Gb3 in ihrer distalen Haut, bei Patienten mit einem höheren SNAP fand sich dies nicht. Aus diesen Ergebnissen ergeben sich ein mögliches weiteres Werkzeug sowohl für die Diagnosestellung als auch für das Monitoring der Erkrankung, sowie weiterführend auch ein möglicher Indikator für den Therapieerfolg der ERT.
Skin alpha-synuclein deposition is considered a potential biomarker for Parkinson's disease (PD). Real-time quaking-induced conversion (RT-QuIC) is a novel, ultrasensitive, and efficient seeding assay that enables the detection of minute amounts of alpha-synuclein aggregates. We aimed to determine the diagnostic accuracy, reliability, and reproducibility of alpha-synuclein RT-QuIC assay of skin biopsy for diagnosing PD and to explore its correlation with clinical markers of PD in a two-center inter-laboratory comparison study. Patients with clinically diagnosed PD (n = 34), as well as control subjects (n = 30), underwent skin punch biopsy at multiple sites (neck, lower back, thigh, and lower leg). The skin biopsy samples (198 in total) were divided in half to be analyzed by RT-QuIC assay in two independent laboratories. The a-synuclein RT-QuIC assay of multiple skin biopsies supported the clinical diagnosis of PD with a diagnostic accuracy of 88.9% and showed a high degree of inter-rater agreement between the two laboratories (92.2%). Higher alpha-synuclein seeding activity in RT-QuIC was shown in patients with longer disease duration and more advanced disease stage and correlated with the presence of REM sleep behavior disorder, cognitive impairment, and constipation. The alpha-synuclein RT-QuIC assay of minimally invasive skin punch biopsy is a reliable and reproducible biomarker for Parkinson's disease. Moreover, alpha-synuclein RT-QuIC seeding activity in the skin may serve as a potential indicator of progression as it correlates with the disease stage and certain non-motor symptoms.
Background and aims:
Small fiber neuropathy (SFN) is increasingly suspected in patients with pain of uncertain origin, and making the diagnosis remains a challenge lacking a diagnostic gold standard.
Methods:
In this case–control study, we prospectively recruited 86 patients with a medical history and clinical phenotype suggestive of SFN. Patients underwent neurological examination, quantitative sensory testing (QST), and distal and proximal skin punch biopsy, and were tested for pain-associated gene loci. Fifty-five of these patients additionally underwent pain-related evoked potentials (PREP), corneal confocal microscopy (CCM), and a quantitative sudomotor axon reflex test (QSART).
Results:
Abnormal distal intraepidermal nerve fiber density (IENFD) (60/86, 70%) and neurological examination (53/86, 62%) most frequently reflected small fiber disease. Adding CCM and/or PREP further increased the number of patients with small fiber impairment to 47/55 (85%). Genetic testing revealed potentially pathogenic gene variants in 14/86 (16%) index patients. QST, QSART, and proximal IENFD were of lower impact.
Conclusion:
We propose to diagnose SFN primarily based on the results of neurological examination and distal IENFD, with more detailed phenotyping in specialized centers.
Diabetes Mellitus Is a Possible Risk Factor for Nodo-paranodopathy With Antiparanodal Autoantibodies
(2022)
Background and Objectives
Nodo-paranodopathies are peripheral neuropathies with dysfunction of the node of Ranvier. Affected patients who are seropositive for antibodies against adhesion molecules like contactin-1 and neurofascin show distinct clinical features and a disruption of the paranodal complex. An axoglial dysjunction is also a characteristic finding of diabetic neuropathy. Here, we aim to investigate a possible association of antibody-mediated nodo-paranodopathy and diabetes mellitus (DM).
Methods
We retrospectively analyzed clinical data of 227 patients with chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy and Guillain-Barré syndrome from multiple centers in Germany who had undergone diagnostic testing for antiparanodal antibodies targeting neurofascin-155, pan-neurofascin, contactin-1–associated protein 1, and contactin-1. To study possible direct pathogenic effects of antiparanodal antibodies, we performed immunofluorescence binding assays on human pancreatic tissue sections.
Results The frequency of DM was 33.3% in seropositive patients and thus higher compared with seronegative patients (14.1%, OR = 3.04, 95% CI = 1.31–6.80). The relative risk of DM in seropositive patients was 3.4-fold higher compared with the general German population. Seropositive patients with DM most frequently harbored anti–contactin-1 antibodies and had higher antibody titers than seropositive patients without DM. The diagnosis of DM preceded the onset of neuropathy in seropositive patients. No immunoreactivity of antiparanodal antibodies against pancreatic tissue was detected.
Discussion
We report an association of nodo-paranodopathy and DM. Our results suggest that DM may be a potential risk factor for predisposing to developing nodo-paranodopathy and argue against DM being induced by the autoantibodies. Our findings set the basis for further research investigating underlying immunopathogenetic connections.
Development Of A Human iPSC-Derived Cortical Neuron Model Of Adaptor- Protein-Complex-4-Deficiency
(2024)
Adaptor-protein-4-deficiency (AP-4-deficiency) is an autosomal-recessive childhood- onset form of complicated hereditary spastic paraplegia (HSP) caused by bi-allelic loss- of-function mutations in one of the four subunits of the AP-4-complex. These four conditions are named SPG47 (AP4B1, OMIM #614066), SPG50 (AP4M1, OMIM #612936), SPG51 (AP4E1, OMIM #613744) and SPG52 (AP4S1, OMIM #614067), respectively and all present with global developmental delay, progressive spasticity and seizures. Imaging features include a thinning of the corpus callosum, ventriculomegaly and white matter changes. AP-4 is a highly conserved heterotetrameric complex, which is responsible for polarized sorting of transmembrane cargo including the autophagy- related protein 9 A (ATG9A). Loss of any of the four subunits leads to an instable complex and defective sorting of AP-4-cargo. ATG9A is implicated in autophagosome formation and neurite outgrowth. It is missorted in AP-4-deficient cells and CNS-specific knockout of Atg9a in mice results in a phenotype reminiscent of AP-4-deficiency. However, the AP-4-related cellular phenotypes including ATG9A missorting have not been investigated in human neurons.
Thus, the aim of this study is to provide the first human induced pluripotent stem cell- derived (iPSC) cortical neuron model of AP-4-deficiency to explore AP-4-related phenotypes in preparation for a high-content screening. Under the hypothesis that AP-4- deficiency leads to ATG9A missorting, elevated ATG9A levels, impaired autophagy and neurite outgrowth in human iPSC-derived cortical neurons, in vitro biochemical and imaging assays including automated high-content imaging and analysis were applied. First, these phenotypes were investigated in fibroblasts from three patients with compound heterozygous mutations in the AP4B1 gene and their sex-matched parental controls. The same cell lines were used to generate iPSCs and differentiate them into human excitatory cortical neurons.
This work shows that ATG9A is accumulating in the trans-Golgi-network in AP-4- deficient human fibroblasts and that ATG9A levels are increased compared to parental controls and wild type cells suggesting a compensatory mechanism. Protein levels of the AP4E1-subunit were used as a surrogate marker for the AP-4-complex and were decreased in AP-4-deficient fibroblasts with co-immunoprecipitation confirming the instability of the complex. Lentiviral re-expression of the AP4B1-subunit rescues this corroborating the fact that a stable AP-4-complex is needed for ATG9A trafficking. Surprisingly, autophagic flux was present in AP-4-deficient fibroblasts under nutrient- rich and starvation conditions. These phenotypic markers were evaluated in iPSC-derived cortical neurons and here, a robust accumulation of ATG9A in the juxtanuclear area was seen together with elevated ATG9A protein levels. Strikingly, assessment of autophagy markers under nutrient-rich conditions showed alterations in AP-4-deficient iPSC- derived cortical neurons indicating dysfunctional autophagosome formation. These findings point towards a neuron-specific impairment of autophagy and need further investigation. Adding to the range of AP-4-related phenotypes, neurite outgrowth and branching are impaired in AP-4-deficient iPSC-derived cortical neurons as early as 24h after plating and together with recent studies point towards a distinct role of ATG9A in neurodevelopment independent of autophagy.
Together, this work provides the first patient-derived neuron model of AP-4-deficiency and shows that ATG9A is sorted in an AP-4-dependent manner. It establishes ATG9A- related phenotypes and impaired neurite outgrowth as robust markers for a high-content screening. This disease model holds the promise of providing a platform to further study AP-4-deficiency and to search for novel therapeutic targets.
The pathophysiological mechanisms of pain in small fiber neuropathy (SFN) are unclear. Based on experimental and clinical studies, sensitized nociceptors in the skin are reported to be involved in pain development. These nociceptors may be sensitized by cutaneous and systemic pain mediators e.g. pro- and anti-inflammatory cytokines. The aim of our study was, to measure the systemic and local gene expression of pro- and anti-inflammatory cytokines in white blood cells (WBC) as well as in primary fibroblasts and keratinocytes obtained from human skin of patients with SFN. Furthermore, gene expression levels of axon guidance molecules and their receptors, as potential regulators of the intraepidermal nerve fiber density (IENFD), were investigated. 55 patients and 31 healthy controls were prospectively recruited. Participants underwent extensive clinical phenotyping and blood sampling, 6-mm skin punch biopsies were taken from the right lateral calf and the upper thigh. Systemic relative gene expression levels (ΔG) of the interleukin (IL)-1β, IL-2, IL-6, IL-8, and tumor necrosis factor (TNF) was measured in WBC. Skin punch biopsies were taken to determine the IENFD and to obtain primary fibroblast and keratinocyte cell cultures. Skin cells were then used for investigation of ΔG in axon guidance molecules netrin 1 (NTN1) and ephrin A4 (EPHA4) as well as their receptors Unc5b receptor, and ephrin A4 (EFNA4) as well as cytokines IL-1β, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, TNF, and transforming growth factor (TGF). Systemically, gene expression of IL-2, IL-8, and TNF was higher in SFN patients compared to healthy controls. In keratinocytes, higher expression levels of NTN1 and TGF were found when comparing the SFN patients to the controls. In fibroblasts higher gene expression was shown in NTN1, Unc5b, IL-6, and IL-8 when comparing patients to healthy controls. The systemically and local elevated levels of pro-inflammatory, algesic cytokines in SFN patients compared to healthy controls, confirms a potential pathophysiological role in the development of neuropathic pain. Data also indicate fibroblasts and keratinocytes to influence subepidermal and intraepidermal nerve fiber growth through the expression of NTN1 and Unc5b. Thus, skin cells may contribute to the development of neuropathic pain through local denervation.
Myasthenia gravis ist eine Autoimmunerkrankung, die durch Störung der Erregungsübertragung an der neuromuskulären Endplatte zu einer Schwäche der Muskulatur führt. In dieser Arbeit wird die Rolle von Cortactin und Agrin als potentielle neue Antigene von Autoantikörpern bei Myasthenia gravis untersucht. Die detektierten Antikörper werden charakterisiert und die klinischen Merkmale der Patient*innen ausgewertet.
Dermal and cardiac autonomic fiber involvement in Parkinson's disease and multiple system atrophy
(2021)
Pathological aggregates of alpha-synuclein in peripheral dermal nerve fibers can be detected in patients with idiopathic Parkinson's disease and multiple system atrophy. This study combines skin biopsy staining for p-alpha-synuclein depositions and radionuclide imaging of the heart with [\(^{123}\)I]-metaiodobenzylguanidine to explore peripheral denervation in both diseases. To this purpose, 42 patients with a clinical diagnosis of Parkinson's disease or multiple system atrophy were enrolled. All patients underwent a standardized clinical workup including neurological evaluation, neurography, and blood samples. Skin biopsies were obtained from the distal and proximal leg, back, and neck for immunofluorescence double labeling with anti-p-alpha-synuclein and anti-PGP9.5. All patients underwent myocardial [\(^{123}\)I]-metaiodobenzylguanidine scintigraphy. Dermal p-alpha-synuclein was observed in 47.6% of Parkinson's disease patients and was mainly found in autonomic structures. 81.0% of multiple system atrophy patients had deposits with most of cases in somatosensory fibers. The [\(^{123}\)I]-metaiodobenzylguanidine heart-to-mediastinum ratio was lower in Parkinson's disease than in multiple system atrophy patients (1.94 +/- 0.63 vs. 2.91 +/- 0.96; p < 0.0001). Irrespective of the diagnosis, uptake was lower in patients with than without p-alpha-synuclein in autonomic structures (1.42 +/- 0.51 vs. 2.74 +/- 0.83; p < 0.0001). Rare cases of Parkinson's disease with p-alpha-synuclein in somatosensory fibers and multiple system atrophy patients with deposits in autonomic structures or both fiber types presented with clinically overlapping features. In conclusion, this study suggests that alpha-synuclein contributes to peripheral neurodegeneration and mediates the impairment of cardiac sympathetic neurons in patients with synucleinopathies. Furthermore, it indicates that Parkinson's disease and multiple system atrophy share pathophysiologic mechanisms of peripheral nervous system dysfunction with a clinical overlap.
Lewy bodies and Lewy neurites are neuropathological hallmarks of Parkinson’s disease (PD). These depositions in the brain mostly consist of aggregated α-synuclein (α-syn) phosphorylated at Ser129. A number of studies reported detection of phosphorylated α-syn (p-α-syn) in the dermal nerve fibers in Parkinson’s disease. The objective of this study was to investigate whether pathological α-syn accumulations detected in the skin represent aggregated protein. A number of methods aimed at detecting α-syn oligomers and aggregates were first tested and optimized on the brain samples in PD and normal control. These methods included proximity ligation assay (PLA), PET-blot, immunohistochemical (IHC) stains with α-syn aggregate (5G4) or oligomer specific (ASyO5) antibodies and a stain against native α-syn (syn211) after proteinase K (PK) digestion. Subsequently, the most specific methods (stains with 5G4, ASyO5 and syn211 after PK digestion) were studied in two separate patient and control cohorts. Anti-p-α-syn stain was performed in parallel.
Single sections from at least 2 biopsy sites from 44 patients and 22 controls (cohort 1) as well as serial sections of 4 biopsy sites from 27 patients and 5 controls (cohort 2) were systematically studied for presence of aggregated and oligomeric α-syn. In total, 5G4 positive deposits were found in 24% (cohort 1) and 37% (cohort 2), ASyO5 positive lesions in 17,7% (cohort 1) and 33% (cohort 2), syn211 positive lesions after PK digestion in 38,7% (cohort 1) and 48% (cohort 2) of cases. There was a major overlap among positivity for a particular staining on the patient level and in most cases, the same nerve fiber was found to be positive for all 4 markers in neighboring sections. Among the skin biopsies which contained p-α-syn accumulation, 59% were also PK resistant, 41% were 5G4 positive and 45% were ASyO5 positive. The samples belonging to normal controls did not show any positive signal in either of the newly established stainings or in the anti-p-α-syn staining.
Using 3 distinct IHC methods, α-syn oligomers and aggregates were detectable in the majority of p-α-syn positive skin biopsies. This finding supports the hypothesis that α-syn aggregation occurs in the peripheral (i.e. dermal) nerves and can be specifically detected using skin biopsy.
Heterozygous mutations in the glucocerebrosidase gene (GBA1) represent the most common genetic risk factor for Parkinson's disease (PD) and are histopathologically associated with a widespread load of alpha-synuclein in the brain. Therefore, PD patients with GBA1 mutations are a cohort of high interest for clinical trials on disease-modifying therapies targeting alpha-synuclein. There is evidence that detection of phospho-alpha-synuclein (p-syn) in dermal nerve fibers might be a biomarker for the histopathological identification of PD patients even at premotor or very early stages of disease. It is so far unknown whether dermal p-syn deposition can also be found in PD patients with GBA1 mutations and may serve as a biomarker for PD in these patients. Skin biopsies of 10 PD patients with different GBA1 mutations (six N3705, three E326K, one L444P) were analyzed by double-immunofluorescence labeling with anti-p-syn and anti-protein gene product 9.5 (PGP9.5, axonal marker) to detect intraaxonal p-syn deposition. Four biopsy sites (distal, proximal leg, paravertebral Th10, and C7) per patient were studied. P-syn was found in six patients (three N370S, three E326K). P-syn deposition was mainly detected in autonomic nerve fibers, but also in somatosensory fibers and was not restricted to a certain GBA1 mutation. In summary, dermal p-syn in PD patients with GBA1 mutations seems to offer a similar distribution and frequency as observed in patients without a known mutation. Skin biopsy may be suitable to study p-syn deposition in these patients or even to identify premotor patients with GBA1 mutations.
Eine Prognoseeinschätzung bei Patienten mit hypoxischer Enzephalopathie (HIE) nach Reanimation wird frühestens 72 Stunden nach Reanimation empfohlen. Bis zu diesem Zeitpunkt besteht eine für Ärzte und Angehörige belastende prognostische Lücke. Und auch nach 72 Stunden bestehen nur ungenaue Angaben zum weiteren Vorgehen, sodass eine fundierte Prognoseeinschätzung aktuell eine deutliche Herausforderung im Alltag klinisch tätiger Ärzte darstellt.
Der Nervus opticus ist als Bestandteil des zentralen Nervensystems mit dem Liquorsystem verbunden. Intrazerebrale Druckerhöhungen wirken sich daher unmittelbar auf die ihn ummantelnde Nervenscheide und deren Durchmesser aus, sodass sich die Bestimmung des Optikusnervenscheidendurchmessers (ONSD) mittels transorbitaler Sonographie in der Diagnostik unterschiedlicher intrakranieller Erkrankungen bereits bewährt hat. Das Krankheitsbild der HIE wurde als weiteres mögliches Einsatzgebiet des ONSD jedoch bisher nicht untersucht.
Ziel dieser Dissertation war es daher, den ONSD grundsätzlich auf seine Verlässlichkeit als Prognoseparameter bei HIE nach Reanimation zu überprüfen. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf der Ermöglichung einer frühzeitigen Prognoseeinschätzung innerhalb von 24 Stunden sowie auf der Definition eines prognostischen Cut-Off-Wertes als klare Entscheidungshilfe für weitere therapeutische Strategien.
24, 48 und 72 Stunden nach Reanimation werden signifikant unterschiedliche ONSD unter überlebenden und verstorbenen Patienten nachgewiesen. Letztere weisen dabei im Vergleich sowohl höhere als auch im zeitlichen Verlauf signifikant ansteigende ONSD-Werte auf. Als prognostischer Cut-Off-Wert konnte eine Grenze bei 5,75mm festgelegt werden.
Zusammenfassend stellt die sonographische Bestimmung des ONSD eine sinnvolle Zusatzdiagnostik in der Prognoseeinschätzung bei Patienten mit HIE nach Reanimation dar.
Abciximab wurde, in Phase II-Studien, in der Behandlung der akuten cerebralen Ischämie erprobt und es erscheint bisher sicher und effektiv. Obwohl die Effektivität in der Abciximab in Acute Ischemic Stroke Studie nicht prospektiv untersucht wurde, ist jedoch ein Trend zu einem verbessertem Outcome zu beobachten. In unserer Untersuchung wurden 65 Patienten mit cerebralen Ischämien in verschiedenen Gefäßterritorien mit Abciximab behandelt. Die Patienten zeigten entweder Zeichen und Symptome einer Crescendo-TIA, eines progressive stroke außerhalb des "3-Stunden-Zeitfensters" für eine Thrombolyse oder eine erneute Verschlechterung nach zunächst erfolgreicher Thrombolyse. Alle Patienten wurden anhand der modified Rankin Scale (mRS) zum Zeitpunkt des Eintreffens in der Klinik und am Tag der Entlassung von der Stroke Unit untersucht. Ergebnisse: 88% der Patienten (57/65) verbesserten sich um im Mittel 2,3 Punkte bezogen auf die mRS. 71% der Patienten (46/65) erreichten eine mRS von 0-2. Es wurden keine fatalen oder symptomatischen intracerebralen Blutungen beobachtet. Fazit: In dieser nicht-randomisierten Untersuchung über die Akuttherapie der cerebralen Ischämie, zeigte die Behandlung mit Abciximab alleine oder in Kombination mit Thrombolyse eine klinische Verbesserung in 88% der Patienten. Blutungskomplikationen waren selten und nie schwerwiegend. Diese Ergebnisse unterstützen die Forderung nach weiteren placebokontrollierten, randomisierten Studien von Abciximab in der Akutbehandlung der cerebralen Ischämie.
Der Einfluß von Virusinfektion und Impfung auf autoreaktive T-Lymphozyten bei der Multiplen Sklerose
(2002)
In der sogenannten ViMS-Studie, bei der MS-Patienten und gesunde Kontrollpersonen mit einer Influenza-Spaltvakzine geimpft und für einen zum Teil viermonatigen Zeitraum im Verlauf nachbeobachtet wurden, ergab sich weder mit dem sensitiven IFNg-ELISPOT noch mit der quantitativen RT-PCR ein Anhalt für erhöhte Autoimmunreaktivität gegen die zwei untersuchten Myelin-Antigene MBP und MOG. Im Gegensatz dazu konnten mit dem IFNg-ELISPOT-Assay bei einigen gesunden Spendern und MS-Patienten nach natürlichen Atemwegsinfektionen eine erhöhte Frequenz autoreaktiver MBP-spezifischer T-Lymphozyten beobachtet werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit konnten durch Zellkulturinfektionen mit Influenzavirus oder HHV-6 weder an Primärzellkulturen noch in einem etablierten in vitro-Modell für MS-Autoimmunität an MBP-spezifischen T-Zellen eine immunstimulierende Wirkung gezeigt werden. Bei niedrigen Infektionsdosen kam es zur Proliferation einer wahrscheinlich virus-spezifischen Zellpopulation, bei höheren Dosen wurde dieser Effekt durch die bekannte Immunsuppression der in vitro-Infektion mit HHV-6 übertroffen. In einer umfassenden Untersuchung von Serumproben von gesunden Spendern und MS-Patienten in unterschiedlichen Krankheitsphasen wurden trotz sensitiver Nachweismethoden keine erhöhten Antikörper-Titer (IgG/IgM) gegen HHV-6 oder HHV-6-DNA nachgewiesen, woraus geschlossen werden darf, daß die untersuchten Viren keine intrinsische Pathogenität für die Entstehung von Autoimmunität bei der MS aufweisen. Im Vergleich zu der Kontrollgruppe erhöhte Anti-HHV-6-IgG-Titer bei PTX-behandelten MS-Patienten lassen sich als mögliches Epiphänomen durch die immun-modulatorische (Th2-vermittelte) Wirkung des Medikaments deuten. In Zusammenschau aller Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich die anfangs angedeuteten Modelle einer virusvermittelten Autoimmunpathogenese der MS nicht eindeutig ein-ordnen. Die Ergebnisse der ViMS-Studie, unterstützt durch zahlreiche Untersuchungen anderer Gruppen, weisen in Bezug auf Schubauslösung oder Verschlechterung auf einen generellen immunaktivierenden Mechanismus im Sinne einer unspezifischen Begleitreaktion durch Infektion aber nicht durch Influenzaschutzimpfung hin. Dabei spielt wohl nicht eine einzelne Virusinfektion die maßgebliche Rolle in einem schon auf immunologischer Ebene recht komplexen Netzwerk, sondern können prinzipiell verschiedene (beliebige) Viren zum Anstoßen einer Autoimmunkaskade beitragen, wenn sie auf einen konstitutionell oder temporär empfänglichen Wirtsorganismus treffen. Dies ist auch vom Infektionsort und –milieu abhängig. Bei der vorliegenden Multifaktorialität und Heterogenität der Subpopulatio-nen sind monolineare Erklärungsansätze bislang zum Scheitern verurteilt gewesen. Aber aus dem Fehlen eines Beweises kann nicht der Beweis für das Fehlen eines Zusammen-hangs zwischen Virusinfektionen und Autoimmunreaktionen geschlossen werden.
Der Einfluss von Autoantikörpern gegen Aquaporin 4 bei der Pathogenese der Neuromyelitis optica
(2014)
Neuromyelitis optica (NMO) ist eine schwerwiegende Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems, deren pathogene Ursache in Zusammenhang mit Autoantikörpern gegen Aquaporin 4 (AQP4) steht. In einem intrathekalen Passiv-Transfermodell der Ratte wurden die Auswirkungen von NMO-Immunglobulin (IgG) aus Plasmapheresematerial und rekombinanten Antikörpern gegen AQP4 sowie der Effekt von additiver Applikation von humanem Komplement untersucht. NMO-IgG, rekombinante Antikörper und modifizierte Antikörper ohne Fähigkeit zur Aktivierung der Komplementkaskade waren bei repetitiver Applikation in der Lage, auch ohne additives humanes Komplement NMO-ähnliche progrediente motorische Symptome zu induzieren. Durch Ko-Injektion von humanem Komplement konnte keine signifikante Exazerbation der Pathologie bewirkt werden.
MRT-Studien zeigten lokale Schrankenstörungen am Ort der höchsten Antikörperkonzentration. In histologischen Aufarbeitungen von Rückenmarksschnitten zeigten sich lokale Deposition an humanem IgG, ein dazu korrelierender Verlust an AQP4 sowie eine darüber hinausgehende Reduktion des Glutamattransporters EAAT2, während GFAP-reaktive Astrozyten tendenziell hypertroph und vermehrt waren. Auch bei additiver Applikation von humanem Komplement wiesen die Läsionsareale im Gegensatz zu histopathologischen Befunden bei NMO-Patienten und anderen Tiermodellen nur eine geringe Ablagerung von aktivem Komplement und wenig Infiltration durch ED1-positive Makrophagen auf. Da in einem Kontrollexperiment mit intrazerebraler intraparenchymaler Applikation von NMO-IgG die beschriebene additive Zytotoxizität von humanem Komplement reproduziert werden konnte, erscheint die Verwendbarkeit des intrathkalen Modells zur Evaluation der Wirkung von humanem Komplement bei Autoimmunerkrankungen mit intraspinalen Zielepitopen nicht geeignet.
Die Ergebnisse lassen sich als Komplement-unabhängige intrinsische Wirkungen von Antikörpern gegen AQP4 deuten, die in einer Reduktion der Oberflächenexpresseion von AQP4 und EAAT2 resultieren und zu einer progredienten Myelopathie führen. Neben der bekannten Antikörper-induzierten Komplement-abhängigen Zytotoxizität könnten diese Effekte einen bislang nicht beschriebenen zusätzlichen Pathomechanismus bei der NMO darstellen.
Background
Ischemic stroke immediately evokes a strong neuro-inflammatory response within the vascular compartment, which contributes to primary infarct development under vessel occlusion as well as further infarct growth despite recanalization, referred to as ischemia/reperfusion injury. Later, in the subacute phase of stroke (beyond day 1 after recanalization), further inflammatory processes within the brain parenchyma follow. Whether this second wave of parenchymal inflammation contributes to an additional/secondary increase in infarct volumes and bears the potential to be pharmacologically targeted remains elusive. We addressed the role of the NLR-family pyrin domain-containing protein 3 (NLRP3) inflammasome in the subacute phase of ischemic stroke.
Methods
Focal cerebral ischemia was induced in C57Bl/6 mice by a 30-min transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO). Animals were treated with the NLRP3 inhibitor MCC950 therapeutically 24 h after or prophylactically before tMCAO. Stroke outcome, including infarct size and functional deficits as well as the local inflammatory response, was assessed on day 7 after tMCAO.
Results
Infarct sizes on day 7 after tMCAO decreased about 35% after delayed and about 60% after prophylactic NLRP3 inhibition compared to vehicle. Functionally, pharmacological inhibition of NLRP3 mitigated the local inflammatory response in the ischemic brain as indicated by reduction of infiltrating immune cells and reactive astrogliosis.
Conclusions
Our results demonstrate that the NLRP3 inflammasome continues to drive neuroinflammation within the subacute stroke phase. NLRP3 inflammasome inhibition leads to a better long-term outcome—even when administered with a delay of 1 day after stroke induction, indicating ongoing inflammation-driven infarct progression. These findings may pave the way for eagerly awaited delayed treatment options in ischemic stroke.
Background: Stroke-induced brain edema formation is a frequent cause of secondary infarct growth and deterioration of neurological function. The molecular mechanisms underlying edema formation after stroke are largely unknown. Vasodilator-stimulated phosphoprotein (VASP) is an important regulator of actin dynamics and stabilizes endothelial barriers through interaction with cell-cell contacts and focal adhesion sites. Hypoxia has been shown to foster vascular leakage by downregulation of VASP in vitro but the significance of VASP for regulating vascular permeability in the hypoxic brain in vivo awaits clarification. Methodology/Principal Findings: Focal cerebral ischemia was induced in Vasp2/2 mice and wild-type (WT) littermates by transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO). Evan’s Blue tracer was applied to visualize the extent of blood-brainbarrier (BBB) damage. Brain edema formation and infarct volumes were calculated from 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC)-stained brain slices. Both mouse groups were carefully controlled for anatomical and physiological parameters relevant for edema formation and stroke outcome. BBB damage (p,0.05) and edema volumes (1.7 mm360.5 mm3 versus 0.8 mm360.4 mm3; p,0.0001) were significantly enhanced in Vasp2/2 mice compared to controls on day 1 after tMCAO. This was accompanied by a significant increase in infarct size (56.1 mm3617.3 mm3 versus 39.3 mm3610.7 mm3, respectively; p,0.01) and a non significant trend (p.0.05) towards worse neurological outcomes. Conclusion: Our study identifies VASP as critical regulator of BBB maintenance during acute ischemic stroke. Therapeutic modulation of VASP or VASP-dependent signalling pathways could become a novel strategy to combat excessive edema formation in ischemic brain damage.
Juvenile neuronal ceroid lipofuscinosis (JNCL or Batten disease) caused by mutations in the CLN3 gene is the most prevalent inherited neurodegenerative disease in childhood resulting in widespread central nervous system dysfunction and premature death. The consequences of CLN3 mutation on the progression of the disease, on neuronal transmission, and on central nervous network dysfunction are poorly understood. We used Cln3 knockout (Cln3\(^{Δex1-6}\)) mice and found increased anxiety-related behavior and impaired aversive learning as well as markedly affected motor function including disordered coordination. Patch-clamp and loose-patch recordings revealed severely affected inhibitory and excitatory synaptic transmission in the amygdala, hippocampus, and cerebellar networks. Changes in presynaptic release properties may result from dysfunction of CLN3 protein. Furthermore, loss of calbindin, neuropeptide Y, parvalbumin, and GAD65-positive interneurons in central networks collectively support the hypothesis that degeneration of GABAergic interneurons may be the cause of supraspinal GABAergic disinhibition.
Die vorliegende Arbeit ist die erste, die sich mit der Frage beschäftigt, mit welcher zur Deeskalation eingesetzten Therapie nach Beendigung einer Eskalationstherapie mit Mitoxantron am besten Krankheitsstabilität erreicht werden kann bzw. ob Patienten-/Krankheitscharakteristika existieren, die eine bestimmte Nachfolge-Therapie favorisieren.
Trotz neuer Behandlungsmöglichkeiten der hochaktiven MS mit Fingolimod, Natalizumab und Alemtuzumab hat Mitoxantron im klinischen Alltag nach wie vor einen hohen Stellenwert, so dass die Fragestellung dieser Studie weiter relevant ist.
Es zeigten sich keine Patientencharakteristika, die auf eine erfolgsversprechende Therapie in der Deeskalationsphase nach Mitoxantron schließen ließen.
Bei Patienten, bei denen während der Eskalation mit Mitoxantron die Dosis reduziert werden konnte, wurden während der Deeskalationstherapie ein stabilerer Verlauf und weniger Therapiewechsel beobachtet. Bei Patienten, die wegen einer rein chronischen Krankheitsprogredienz eskaliert wurden, trat eine Verschlechterung nach Deeskalation häufiger auf als bei denjenigen, welche wegen Schubaktivität eskaliert wurden.
Die Aussagekraft der Daten wird durch die nur niedrige Anzahl der in diese Studie eingeschlossenen Patienten limitiert. Rekrutierungsprobleme stellten die Hauptursache für die geringe Anzahl der Studienteilnehmer dar.
Bioimages frequently exhibit low signal-to-noise ratios due to experimental conditions, specimen characteristics, and imaging trade-offs. Reliable segmentation of such ambiguous images is difficult and laborious. Here we introduce deepflash2, a deep learning-enabled segmentation tool for bioimage analysis. The tool addresses typical challenges that may arise during the training, evaluation, and application of deep learning models on ambiguous data. The tool’s training and evaluation pipeline uses multiple expert annotations and deep model ensembles to achieve accurate results. The application pipeline supports various use-cases for expert annotations and includes a quality assurance mechanism in the form of uncertainty measures. Benchmarked against other tools, deepflash2 offers both high predictive accuracy and efficient computational resource usage. The tool is built upon established deep learning libraries and enables sharing of trained model ensembles with the research community. deepflash2 aims to simplify the integration of deep learning into bioimage analysis projects while improving accuracy and reliability.
Recovery of upper limb (UL) impairment after stroke is limited in stroke survivors. Since stroke can be considered as a network disorder, neuromodulation may be an approach to improve UL motor dysfunction. Here, we evaluated the effect of high-frequency stimulation (HFS) of the subthalamic nucleus (STN) in rats on forelimb grasping using the single-pellet reaching (SPR) test after stroke and determined costimulated brain regions during STN-HFS using 2-[\(^{18}\)F]Fluoro-2-deoxyglucose-([\(^{18}\)F]FDG)-positron emission tomography (PET). After a 4-week training of SPR, photothrombotic stroke was induced in the sensorimotor cortex of the dominant hemisphere. Thereafter, an electrode was implanted in the STN ipsilateral to the infarction, followed by a continuous STN-HFS or sham stimulation for 7 days. On postinterventional day 2 and 7, an SPR test was performed during STN-HFS. Success rate of grasping was compared between these two time points. [\(^{18}\)F]FDG-PET was conducted on day 2 and 3 after stroke, without and with STN-HFS, respectively. STN-HFS resulted in a significant improvement of SPR compared to sham stimulation. During STN-HFS, a significantly higher [\(^{18}\)F]FDG-uptake was observed in the corticosubthalamic/pallidosubthalamic circuit, particularly ipsilateral to the stimulated side. Additionally, STN-HFS led to an increased glucose metabolism within the brainstem. These data demonstrate that STN-HFS supports rehabilitation of skilled forelimb movements, probably by retuning dysfunctional motor centers within the cerebral network.
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.
Deep brain stimulation (DBS) of the thalamic ventral intermediate nucleus is one of the main advanced neurosurgical treatments for drug-resistant tremor. However, not every patient may be eligible for this procedure. Nowadays, various other functional neurosurgical procedures are available. In particular cases, radiofrequency thalamotomy, focused ultrasound and radiosurgery are proven alternatives to DBS. Besides, other DBS targets, such as the posterior subthalamic area (PSA) or the dentato-rubro-thalamic tract (DRT), may be appraised as well. In this review, the clinical characteristics and pathophysiology of tremor syndromes, as well as long-term outcomes of DBS in different targets, will be summarized. The effectiveness and safety of lesioning procedures will be discussed, and an evidence-based clinical treatment approach for patients with drug-resistant tremor will be presented. Lastly, the future directions in the treatment of severe tremor syndromes will be elaborated.
(1) Background: The first-line treatment for patients with focal or segmental dystonia with a craniocervical distribution is still the intramuscular injection of botulinum neurotoxin (BoNT). However, some patients experience primary or secondary treatment failure from this potential immunogenic therapy. Deep brain stimulation (DBS) may then be used as a backup strategy in this situation. (2) Methods: Here, we reviewed the current study literature to answer a specific question regarding the efficacy and safety of the use of DBS, particularly for cervical dystonia (CD) and Meige syndrome (MS) in patients with documented treatment failure under BoNT. (3) Results: There are only two studies with the highest level of evidence in this area. Despite this clear limitation, in the context of the narrowly defined research question of this paper, it is possible to report 161 patients with CD or MS who were included in studies that were able to show a statistically significant reduction in dystonic symptoms using DBS. Safety and tolerability data appeared adequate. However, much of the information is based on retrospective observations. (4) Conclusions: The evidence base in this area is in need of further scientific investigation. Most importantly, more randomized, controlled and double-blind trials are needed, possibly including a head-to-head comparison of DBS and BoNT.
Ziel der Studie war ein Zusammenhang zwischen cholinerger Innervation in den Basalganglien mit Levodopa-induzierter Dyskinesie darzustellen.
26 Patienten mit idiopatischem Parkinson-Syndrom ohne Demenz und Depression wurden in zwei Gruppen mit und ohne Dyskinesie eingeteilt. Es wurde nach klinischer Untersuchung eine SPECT-Bildgebung mit 5-[123I]iodo-3-[2(S)-2-azetidinylmethoxy]pyridine (5IA) durchgeführt und anschließend die Ergebnisse in Zusammenschau mit den klinischen Daten und mit den Ergebnissen der SPECT mit [123I]N-ω-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3β-(4-iodophenyl)nortropane (FP-CIT) bewertet.
Dyskinetische Patienten hatten eine höhere Dichte an nikotinergen Acetylcholinrezeptoren im Nucleus caudatus, hauptsächlich der Halbseite mit stärkerer dopaminerger Degeneration.
Dies stützt die Hypothese, dass sich die Dyskinesie nach Levodopa-Therapie aufgrund einer verstärkten cholinergen Modulation im stärker degenerierten Striatum entwickelt.
Background
The role of cytokines in the pathophysiology, diagnosis, and prognosis of small fiber neuropathy (SFN) is incompletely understood. We studied expression profiles of selected pro- and anti-inflammatory cytokines in RNA from white blood cells (WBC) of patients with a medical history and a clinical phenotype suggestive for SFN and compared data with healthy controls.
Methods
We prospectively recruited 52 patients and 21 age- and sex-matched healthy controls. Study participants were characterized in detail and underwent complete neurological examination. Venous blood was drawn for routine and extended laboratory tests, and for WBC isolation. Systemic RNA expression profiles of the pro-inflammatory cytokines interleukin (IL)-1ß, IL-2, IL-8, tumor necrosis factor-alpha (TNF) and the anti-inflammatory cytokines IL-4, IL-10, transforming growth factor beta-1 (TGF) were analyzed. Protein levels of IL-2, IL-8, and TNF were measured in serum of patients and controls. Receiver operating characteristic (ROC)-curve analysis was used to determine the accuracy of IL-2, IL-8, and TNF in differentiating patients and controls. To compare the potential discriminatory efficacy of single versus combined cytokines, equality of different AUCs was tested.
Results
WBC gene expression of IL-2, IL-8, and TNF was higher in patients compared to healthy controls (IL-2: p = 0.02; IL-8: p = 0.009; TNF: p = 0.03) and discriminated between the groups (area under the curve (AUC) ≥ 0.68 for each cytokine) with highest diagnostic accuracy reached by combining the three cytokines (AUC = 0.81, sensitivity = 70%, specificity = 86%). Subgroup analysis revealed the following differences: IL-8 and TNF gene expression levels were higher in female patients compared to female controls (IL-8: p = 0.01; TNF: p = 0.03). The combination of TNF with IL-2 and TNF with IL-2 and IL-8 discriminated best between the study groups. IL-2 was higher expressed in patients with moderate pain compared to those with severe pain (p = 0.02). Patients with acral pain showed higher IL-10 gene expression compared to patients with generalized pain (p = 0.004). We further found a negative correlation between the relative gene expression of IL-2 and current pain intensity (p = 0.02). Serum protein levels of IL-2, IL-8, and TNF did not differ between patients and controls.
Conclusions
We identified higher systemic gene expression of IL-2, IL-8, and TNF in SFN patients than in controls, which may be of potential relevance for diagnostics and patient stratification.
Background and purpose
The aim was to characterize a combined vestibular, ocular motor and postural syndrome induced by deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus in a patient with Parkinson's disease.
Methods
In a systematic DBS programming session, eye, head and trunk position in roll and pitch plane were documented as a function of stimulation amplitude and field direction. Repeat ocular coherence tomography was used to estimate ocular torsion. The interstitial nucleus of Cajal (INC), zona incerta (ZI) and ascending vestibular fibre tracts were segmented on magnetic resonance imaging using both individual and normative structural connectomic data. Thresholded symptom-associated volumes of tissue activated (VTA) were calculated based on documented stimulation parameters.
Results
Ipsilateral ocular tilt reaction and body lateropulsion as well as contralateral torsional nystagmus were elicited by the right electrode in a current-dependent manner and subsided after DBS deactivation. With increasing currents, binocular tonic upgaze and body retropulsion were observed. Symptoms were consistent with an irritative effect on the INC. Symptom-associated VTA was found to overlap with the dorsal ZI and the ipsilateral vestibulothalamic tract, while lying rather distant to the INC proper. A ZI-to-INC ‘incerto-interstitial’ tract with contact to the medial-uppermost portion of the VTA could be traced.
Conclusion
Unilateral stimulation of INC-related circuitry induces an ipsilateral vestibular, ocular motor and postural roll-plane syndrome, which converts into a pitch-plane syndrome when functional activation expands bilaterally. In this case, tractography points to an incerto-interstitial pathway, a tract previously only characterized in non-human primates. Directional current steering proved useful in managing this rare side effect.
Charcot-Marie-Tooth Neuropathien sind die häufigsten hereditären Erkrankungen des peripheren Nervensystems und dennoch bis heute nicht therapierbar. Die Lebensqualität der Patienten ist durch motorische und sensorische Defizite der Extremitäten häufig stark eingeschränkt. Ursache können unter anderem Mutationen in Schwann-Zellen sein, die zu dem typischen Bild von Demyelinisierung und axonalem Schaden führen. In den letzten Jahren konnte in Mausmodellen das Immunsystem als wichtiger Mediator in der Pathogenese der CMT 1 Subtypen A, B und X identifiziert werden. Insbesondere Makrophagen spielen eine tragende Rolle bei dem Verlust der axonalen Integrität, bei der Schädigung der Myelinscheiden, sowie bei der Dedifferenzierung von Schwann-Zellen. Entscheidender Faktor für Proliferation und Aktivierung der Makrophagen ist hierbei das Zytokin CSF-1, dessen korrespondierender Rezeptor auf Makrophagen exprimiert wird. Der CSF-1/CSF1R Signalweg bietet somit einen vielversprechenden Angriffspunkt.
In der vorliegenden Arbeit wurden Mausmodelle der CMT 1 Subtypen A, B und X mit einem niedermolekularen CSF-1-Rezeptor Inhibitor behandelt. Anschließend erfolgte eine funktionelle und strukturelle Auswertung der peripheren Nerven.
Das beste Ansprechen auf die Therapie zeigten Cx32def Mutanten. Strukturell fielen ein verringerter axonaler Schaden und eine verbesserte axonale Regenerationsfähigkeit sowie erhaltene neuromuskuläre Synapsen auf. Funktionell äußerte sich dies in verbesserten elektrophysiologischen Parametern und einem Krafterhalt, welcher als klinischer Parameter die größte Relevanz für betroffene Patienten hat und somit besonders hervorzuheben ist.
Auch P0het Mutanten zeigten Verbesserungen nach der CSF1RI Behandlung. Anders als bei Cx32def Tieren zeigte sich hier jedoch vor allem ein Erhalt der Myelinintegrität. Weiterhin wirkte sich die Therapie positiv auf elektrophysiologische Parameter und Krafttests aus. Vor allem besonders stark betroffene Individuen schienen hierbei von der CSF1RI Behandlung zu profitieren.
Bei PMP22tg Mutanten hingegen konnten keine positiven Effekte der CSF1RI Behandlung nachgewiesen werden. Strukturelle und funktionelle Parameter behandelter Tiere unterschieden sich nicht von unbehandelten.
Diese Ergebnisse unterstreichen die Relevanz der sekundären Entzündungsreaktion in CMT 1 Neuropathien als wichtigen Mediator in der Pathogenese. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine Intervention im CSF-1/CSF1R Signalweg einen vielversprechenden möglichen Ansatz für die Therapie der bisher nicht behandelbaren CMT 1 Subypen X und B darstellt. Unausweichlich ist hierbei ein möglichst früher Therapiestart vor Ausprägung der ersten molekularen und histologischen Veränderungen. Im Hinblick auf die nicht die Lebenserwartung reduzierende Erkrankung muss ferner eine Minimierung der Nebenwirkungen der Therapie gewährleistet sein. Besonders hervorzuheben ist hier die Verwendung eines Inhibitors, welcher nicht in das zentrale Nervensystem vordringen kann und somit die Funktion der Mikroglia nicht beeinträchtigt.
Previous studies by our group revealed that chronic low grade inflammation implicating phagocytosing macrophages is a highly relevant mechanism in the pathogenesis of Charcot-Marie-Tooth disease. The lack of CSF-1, the primary regulator of macrophage function and survival, led to a robust and persistent amelioration of the phenotype in two authentic mouse models of CMT. Moreover, a close contact between CSF-1 producing fibroblasts and endoneurial macrophages carrying CSF-1R has been confirmed in nerve biopsies of CMT patients, further supporting the clinical significance of this pathway. In the current study we treated 3 distinct mouse models of CMT1: the PMP22tg mice as a model for CMT1A, the P0+/- mice as a model for CMT1B and the Cx32def mice as a model for CMT1X, with a CSF-1R specific kinase (c-FMS) inhibitor (800-1200 mg PLX5622/ kg chow) according to different treatment regimes mimicking an ideal early onset treatment, a late onset treatment and the withdrawal of the drug. Using the above mentioned doses of PLX5622, we documented a dramatic decrease in macrophage numbers in the PNS of all 3 myelin mutants, except for the quadriceps nerve of Cx32def mice. Fibroblast numbers remained unchanged in treated animals. Surprisingly, in spite of the decrease in the number of detrimental macrophages we could not detect an unequivocal phenotypic improvement. CMAP amplitudes were reduced in both wild type and myelin mutant mice treated with CSF-1R inhibitor in comparison to untreated littermates. Corresponding to the electrophysiological findings, the axon number and the percentage of large diameter axons were reduced in the quadriceps nerve of treated P0+/- and Cx32def mice. By contrast we observed a higher number of fully myelinated axons, in parallel with a decrease in the percentage of demyelinated (and hypermyelinated in PMP22tg mice) fibers in the ventral roots of P0+/- mice treated with CSF-1R inhibitor from 3 months up to 6 months of age and PMP22tg animals treated from 9 months up to 15 months of age. Our results indicate that CSF-1R inhibitor has the potential to improve the demyelinating phenotype of at least two models of CMT1. Nevertheless, further studies are necessary (for example with lower doses of the inhibitor) to minimize or even eliminate the putative neurotoxic effect we observed with high dose treatment conditions.
Background and purpose
Improving understanding of study contents and procedures might enhance recruitment into studies and retention during follow-up. However, data in stroke patients on understanding of the informed consent (IC) procedure are sparse.
Methods
We conducted a cross-sectional study among ischemic stroke patients taking part in the IC procedure of an ongoing cluster-randomized secondary prevention trial. All aspects of the IC procedure were assessed in an interview using a standardized 20-item questionnaire. Responses were collected within 72 h after the IC procedure and analyzed quantitatively and qualitatively. Participants were also asked their main reasons for participation.
Results
A total of 146 stroke patients (65 ± 12 years old, 38% female) were enrolled. On average, patients recalled 66.4% (95% confidence interval = 65.2%–67.5%) of the content of the IC procedure. Most patients understood that participation was voluntary (99.3%) and that they had the right to withdraw consent (97.1%); 79.1% of the patients recalled the study duration and 56.1% the goal. Only 40.3% could clearly state a benefit of participation, and 28.8% knew their group allocation. Younger age, higher graduation, and allocation to the intervention group were associated with better understanding. Of all patients, 53% exclusively stated a personal and 22% an altruistic reason for participation.
Conclusions
Whereas understanding of patient rights was high, many patients were unable to recall other important aspects of study content and procedures. Increased attention to older and less educated patients may help to enhance understanding in this patient population. Actual recruitment and retention benefit of an improved IC procedure remains to be tested in a randomized trial.
Introduction: Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV2) profoundly impacts hemostasis and microvasculature. In the light of the dilemma between thromboembolic and hemorrhagic complications, in the present paper, we systematically investigate the prevalence, mortality, radiological subtypes, and clinical characteristics of intracranial hemorrhage (ICH) in coronavirus disease (COVID-19) patients. Methods: Following the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA) guidelines, we performed a systematic review of the literature by screening the PubMed database and included patients diagnosed with COVID-19 and concomitant ICH. We performed a pooled analysis, including a prospectively collected cohort of critically ill COVID-19 patients with ICH, as part of the PANDEMIC registry (Pooled Analysis of Neurologic Disorders Manifesting in Intensive Care of COVID-19). Results: Our literature review revealed a total of 217 citations. After the selection process, 79 studies and a total of 477 patients were included. The median age was 58.8 years. A total of 23.3% of patients experienced the critical stage of COVID-19, 62.7% of patients were on anticoagulation and 27.5% of the patients received ECMO. The prevalence of ICH was at 0.85% and the mortality at 52.18%, respectively. Conclusion: ICH in COVID-19 patients is rare, but it has a very poor prognosis. Different subtypes of ICH seen in COVID-19, support the assumption of heterogeneous and multifaceted pathomechanisms contributing to ICH in COVID-19. Further clinical and pathophysiological investigations are warranted to resolve the conflict between thromboembolic and hemorrhagic complications in the future.
Background: Anticoagulation is an important means to prevent from acute ischemic stroke but is associated with a significant risk of severe hemorrhages. Previous studies have shown that blood coagulation factor XII (FXII)- deficient mice are protected from pathological thrombus formation during cerebral ischemia without bearing an increased bleeding tendency. Hence, pharmacological blockade of FXII might be a promising and safe approach to prevent acute ischemic stroke and possibly other thromboembolic disorders but pharmacological inhibitors selective over FXII are still lacking. In the present study we investigated the efficacy of COU254, a novel nonpeptidic 3-carboxamide-coumarin that selectively blocks FXII activity, on stroke development and post stroke functional outcome in mice. Methods: C57Bl/6 mice were treated with COU254 (40 mg/kg i.p.) or vehicle and subjected to 60 min transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) using the intraluminal filament method. After 24 h infarct volumes were determined from 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchloride(TTC)-stained brain sections and functional scores were assessed. Hematoxylin and eosin (H&E) staining was used to estimate the extent of neuronal cell damage. Thrombus formation within the infarcted brain areas was analyzed by immunoblot. Results: Infarct volumes and functional outcomes on day 1 after tMCAO did not significantly differ between COU254 pre-treated mice or untreated controls (p > 0.05). Histology revealed extensive ischemic neuronal damage regularly including the cortex and the basal ganglia in both groups. COU254 treatment did not prevent intracerebral fibrin(ogen) formation. Conclusions: COU254 at the given concentration of 40 mg/kg failed to demonstrate efficacy in acute ischemic stroke in this preliminary study. Further preclinical evaluation of 3-carboxamide-coumarins is needed before the antithrombotic potential of this novel class of FXII inhibitors can be finally judged.
Background
Deep brain stimulation (DBS) is an effective evidence‐based therapy for dystonia. However, no unequivocal predictors of therapy responses exist. We investigated whether patients optimally responding to DBS present distinct brain network organization and structural patterns.
Methods
From a German multicenter cohort of 82 dystonia patients with segmental and generalized dystonia who received DBS implantation in the globus pallidus internus, we classified patients based on the clinical response 3 years after DBS. Patients were assigned to the superior‐outcome group or moderate‐outcome group, depending on whether they had above or below 70% motor improvement, respectively. Fifty‐one patients met MRI‐quality and treatment response requirements (mean age, 51.3 ± 13.2 years; 25 female) and were included in further analysis. From preoperative MRI we assessed cortical thickness and structural covariance, which were then fed into network analysis using graph theory. We designed a support vector machine to classify subjects for the clinical response based on individual gray‐matter fingerprints.
Results
The moderate‐outcome group showed cortical atrophy mainly in the sensorimotor and visuomotor areas and disturbed network topology in these regions. The structural integrity of the cortical mantle explained about 45% of the DBS stimulation amplitude for optimal response in individual subjects. Classification analyses achieved up to 88% of accuracy using individual gray‐matter atrophy patterns to predict DBS outcomes.
Conclusions
The analysis of cortical integrity, informed by group‐level network properties, could be developed into independent predictors to identify dystonia patients who benefit from DBS.
Objective: We investigated cerebral opioid receptor binding potential in patients with fibromyalgia syndrome (FMS) using positron-emission-tomography (PET) and correlated our results with patients’ systemic interleukin-4 (IL-4) gene expression.
Methods: In this pilot study, seven FMS patients (1 man, 6 women) agreed to participate in experimental PET scans. All patients underwent neurological examination, were investigated with questionnaires for pain, depression, and FMS symptoms. Additionally, blood for IL-4 gene expression analysis was withdrawn at two time points with a median latency of 1.3 years. Patients were investigated in a PET scanner using the opioid receptor ligand F-18-fluoro-ethyl-diprenorphine ([18F]FEDPN) and results were compared with laboratory normative values.
Results: Neurological examination was normal in all FMS patients. Reduced opioid receptor binding was found in mid cingulate cortex compared to healthy controls (p < 0.005). Interestingly, three patients with high systemic IL-4 gene expression had increased opioid receptor binding in the fronto-basal cortex compared to those with low IL-4 gene expression (p < 0.005).
Conclusion: Our data give further evidence for a reduction in cortical opioid receptor availability in FMS patients as another potential central nervous system contributor to pain in FMS.
We examined 143 patients suffering from FMS, a syndrome characterized by chronic widespread pain, sleep disturbances, and fatigue. Etiology and pathophysiology of FMS are scarcely understood. In recent years abnormalities of small Aδ- and C-nerve fibers have been found in subgroups of FMS patients. It is yet unclear how such SFP is caused in FMS patients and how it contributes to FMS symptoms.
We used CCM to analyze corneal small nerve fibers and associated LC, comparing FMS patients’ results to those from 65 healthy controls and 41 disease controls suffering from SFN. We, further, assessed expression levels of mRNA and miRNA in keratinocytes taken from skin punch biopsies of FMS patients and healthy controls kept as monocellular cell cultures. A screening was performed using NGS in a small cohort of 12 FMS patients and 5 healthy controls. Results were validated in larger cohorts by qRT-PCR.
As in previous studies IENFD and CNFD were reduced in a subgroup of FMS patients. We found identical LC densities in FMS patients, healthy controls, and SFN patients. The subpopulation of dLCfiber contact in FMS and SFN patients was lower than in healthy controls. Our RNA expression analysis revealed one mRNA that was expressed higher in FMS patients than in controls: PRSS21.
We conclude that reduced neurotrophic signaling of LC may contribute to SFP in the cornea. Epidermal PRSS21 expression and dLCfiber contact density are promising biomarker candidates for FMS diagnosis.
Background: The diagnostic and pathophysiological relevance of antibodies to aquaporin-4 (AQP4-Ab) in patients with neuromyelitis optica spectrum disorders (NMOSD) has been intensively studied. However, little is known so far about the clinical impact of AQP4-Ab seropositivity.
Objective: To analyse systematically the clinical and paraclinical features associated with NMO spectrum disorders in Caucasians in a stratified fashion according to the patients' AQP4-Ab serostatus.
Methods: Retrospective study of 175 Caucasian patients (AQP4-Ab positive in 78.3%).
Results: Seropositive patients were found to be predominantly female (p < 0.0003), to more often have signs of co-existing autoimmunity (p < 0.00001), and to experience more severe clinical attacks. A visual acuity of <= 0.1 during acute optic neuritis (ON) attacks was more frequent among seropositives (p < 0.002). Similarly, motor symptoms were more common in seropositive patients, the median Medical Research Council scale (MRC) grade worse, and MRC grades <= 2 more frequent, in particular if patients met the 2006 revised criteria (p < 0.005, p < 0.006 and p < 0.01, respectively), the total spinal cord lesion load was higher (p < 0.006), and lesions >= 6 vertebral segments as well as entire spinal cord involvement more frequent (p < 0.003 and p < 0.043). By contrast, bilateral ON at onset was more common in seronegatives (p < 0.007), as was simultaneous ON and myelitis (p < 0.001); accordingly, the time to diagnosis of NMO was shorter in the seronegative group (p < 0.029). The course of disease was more often monophasic in seronegatives (p < 0.008). Seropositives and seronegatives did not differ significantly with regard to age at onset, time to relapse, annualized relapse rates, outcome from relapse (complete, partial, no recovery), annualized EDSS increase, mortality rate, supratentorial brain lesions, brainstem lesions, history of carcinoma, frequency of preceding infections, oligoclonal bands, or CSF pleocytosis. Both the time to relapse and the time to diagnosis was longer if the disease started with ON (p < 0.002 and p < 0.013). Motor symptoms or tetraparesis at first myelitis and > 1 myelitis attacks in the first year were identified as possible predictors of a worse outcome.
Multifocal motor neuropathy is an immune mediated disease presenting with multifocal muscle weakness and conduction block. IgM auto-antibodies against the ganglioside GM1 are detectable in about 50% of the patients. Auto-antibodies against the paranodal proteins contactin-1 and neurofascin-155 and the nodal protein neurofascin-186 have been detected in subgroups of patients with chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy. Recently, auto-antibodies against neurofascin-186 and gliomedin were described in more than 60% of patients with multifocal motor neuropathy. In the current study, we aimed to validate this finding, using a combination of different assays for auto-antibody detection. In addition we intended to detect further auto-antibodies against paranodal proteins, specifically contactin-1 and neurofascin-155 in multifocal motor neuropathy patients’ sera. We analyzed sera of 33 patients with well-characterized multifocal motor neuropathy for IgM or IgG anti-contactin-1, anti-neurofascin-155 or -186 antibodies using enzyme-linked immunosorbent assay, binding assays with transfected human embryonic kidney 293 cells and murine teased fibers. We did not detect any IgM or IgG auto-antibodies against contactin-1, neurofascin-155 or -186 in any of our multifocal motor neuropathy patients. We conclude that auto-antibodies against contactin-1, neurofascin-155 and -186 do not play a relevant role in the pathogenesis in this cohort with multifocal motor neuropathy.
Fabry disease is an X-linked lysosomal storage disorder due to impaired activity of alpha-galactosidase A with intracellular accumulation of globotriaosylceramide. Associated small fiber pathology leads to characteristic pain in Fabry disease. We systematically assessed sensory system, physical activity, metabolic parameters, and morphology of male and female mice with alpha-galactosidase A deficiency (Fabry ko) from 2 to 27 months of age and compared results with those of age- and gender-matched wild-type littermates of C57Bl/6J background. Results From the age of two months, male and female Fabry mice showed mechanical hypersensitivity (p < 0.001 each) compared to wild-type littermates. Young Fabry ko mice of both genders were hypersensitive to heat stimulation (p < 0.01) and developed heat hyposensitivity with aging (p < 0.05), while cold hyposensitivity was present constantly in young (p < 0.01) and old (p < 0.05) Fabry ko mice compared to wild-type littermates. Stride angle increased only in male Fabry ko mice with aging (p < 0.01) in comparison to wild-type littermates. Except for young female mice, male (p < 0.05) and female (p < 0.01) Fabry ko mice had a higher body weight than wild-type littermates. Old male Fabry ko mice were physically less active than their wild-type littermates (p < 0.05), had lower chow intake (p < 0.001), and lost more weight (p < 0.001) in a one-week treadmill experiment than wild-type littermates. Also, Fabry ko mice showed spontaneous pain protective behavior and developed orofacial dysmorphism resembling patients with Fabry disease.
Conclusions. Mice with alpha-galactosidase A deficiency show age-dependent and distinct deficits of the sensory system. alpha-galactosidase A-deficient mice seem to model human Fabry disease and may be helpful when studying the pathophysiology of Fabry-associated pain.
Seed amplification assays (SAA) are becoming commonly used in synucleinopathies to detect α-synuclein aggregates. Studies in Parkinson’s disease (PD) and isolated REM-sleep behavior disorder (iRBD) have shown a considerably lower sensitivity in the olfactory epithelium than in CSF or skin. To get an insight into α-synuclein (α-syn) distribution within the nervous system and reasons for low sensitivity, we compared SAA assessment of nasal brushings and skin biopsies in PD (n = 27) and iRBD patients (n = 18) and unaffected controls (n = 30). α-syn misfolding was overall found less commonly in the olfactory epithelium than in the skin, which could be partially explained by the nasal brushing matrix exerting an inhibitory effect on aggregation. Importantly, the α-syn distribution was not uniform: there was a higher deposition of misfolded α-syn across all sampled tissues in the iRBD cohort compared to PD (supporting the notion of RBD as a marker of a more malignant subtype of synucleinopathy) and in a subgroup of PD patients, misfolded α-syn was detectable only in the olfactory epithelium, suggestive of the recently proposed brain-first PD subtype. Assaying α-syn of diverse origins, such as olfactory (part of the central nervous system) and skin (peripheral nervous system), could increase diagnostic accuracy and allow better stratification of patients.
Background
Traumatic brain injury (TBI) is a major cause of death and disability. Neuroinflammation contributes to acute damage after TBI and modulates long-term evolution of degenerative and regenerative responses to injury. The aim of the present study was to evaluate the relationship of microglia activation to trauma severity, brain energy metabolism, and cellular reactions to injury in a mouse closed head injury model using combined in vivo PET imaging, ex vivo autoradiography, and immunohistochemistry.
Methods
A weight-drop closed head injury model was used to produce a mixed diffuse and focal TBI or a purely diffuse mild TBI (mTBI) in C57BL6 mice. Lesion severity was determined by evaluating histological damage and functional outcome using a standardized neuroscore (NSS), gliosis, and axonal injury by immunohistochemistry. Repeated intra-individual in vivo μPET imaging with the specific 18-kDa translocator protein (TSPO) radioligand [\(^{18}\)F]DPA-714 was performed on day 1, 7, and 16 and [\(^{18}\)F]FDG-μPET imaging for energy metabolism on days 2–5 after trauma using freshly synthesized radiotracers. Immediately after [\(^{18}\)F]DPA-714-μPET imaging on days 7 and 16, cellular identity of the [\(^{18}\)F]DPA-714 uptake was confirmed by exposing freshly cut cryosections to film autoradiography and successive immunostaining with antibodies against the microglia/macrophage marker IBA-1.
Results
Functional outcome correlated with focal brain lesions, gliosis, and axonal injury. [\(^{18}\)F]DPA-714-μPET showed increased radiotracer uptake in focal brain lesions on days 7 and 16 after TBI and correlated with reduced cerebral [\(^{18}\)F]FDG uptake on days 2–5, with functional outcome and number of IBA-1 positive cells on day 7. In autoradiography, [\(^{18}\)F]DPA-714 uptake co-localized with areas of IBA1-positive staining and correlated strongly with both NSS and the number of IBA1-positive cells, gliosis, and axonal injury. After mTBI, numbers of IBA-1 positive cells with microglial morphology increased in both brain hemispheres; however, uptake of [\(^{18}\)F]DPA-714 was not increased in autoradiography or in μPET imaging.
Conclusions
[\(^{18}\)F]DPA-714 uptake in μPET/autoradiography correlates with trauma severity, brain metabolic deficits, and microglia activation after closed head TBI.
CNS imaging characteristics in fibromyalgia patients with and without peripheral nerve involvement
(2022)
We tested the hypothesis that reduced skin innervation in fibromyalgia syndrome is associated with specific CNS changes. This prospective case–control study included 43 women diagnosed with fibromyalgia syndrome and 40 healthy controls. We further compared the fibromyalgia subgroups with reduced (n = 21) and normal (n = 22) skin innervation. Brains were analysed for cortical volume, for white matter integrity, and for functional connectivity. Compared to controls, cortical thickness was decreased in regions of the frontal, temporal and parietal cortex in the fibromyalgia group as a whole, and decreased in the bilateral pericalcarine cortices in the fibromyalgia subgroup with reduced skin innervation. Diffusion tensor imaging revealed a significant increase in fractional anisotropy in the corona radiata, the corpus callosum, cingulum and fornix in patients with fibromyalgia compared to healthy controls and decreased FA in parts of the internal capsule and thalamic radiation in the subgroup with reduced skin innervation. Using resting-state fMRI, the fibromyalgia group as a whole showed functional hypoconnectivity between the right midfrontal gyrus and the posterior cerebellum and the right crus cerebellum, respectively. The subgroup with reduced skin innervation showed hyperconnectivity between the inferior frontal gyrus, the angular gyrus and the posterior parietal gyrus. Our results suggest that the subgroup of fibromyalgia patients with pronounced pathology in the peripheral nervous system shows alterations in morphology, structural and functional connectivity also at the level of the encephalon. We propose considering these subgroups when conducting clinical trials.
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.
Am Tiermodell einer experimentellen Mononeuropathie (chronic constriction injury, CCI) wurde bei Ratten die Expression von Zytokinen (TNF-α, IL-10), Vanilloidrezeptor 1 (VR1) und Neuropeptiden in Spinalganglienneuronen immunhistochemisch analy-siert. Durch retrograde Anfärbung mit den Tracern Fluorogold (FG) und Fluoruby (FR) konnten intakte von geschädigten Neuronen unterschieden und Muskel- und Hautaffe-renzen getrennt untersucht werden. Nach CCI fand sich ein selektiver Anstieg der TNF-α Immunreaktivität in mittelgroßen und großen Spinalganglienneuronen, welche durch Vergleich mit anderen neuronalen Markern als A-Faser Neurone identifiziert werden konnten. Nicht nur geschädigte, sondern auch intakte Spinalganglienneurone wiesen eine erhöhte TNF-α Immunreaktivität auf und sowohl Muskel- als auch Hautafferenzen trugen zur vermehrten TNF-α Expression bei. IL-10, VR1 und IB4 Immunreaktivität fand sich vor allem in kleinen Neuronen und war nach CCI deutlich reduziert, während die Expression von CGRP in kleinen und mittel-großen Spinalganglienneuronen nachzuweisen war und keine Veränderung zeigte. Die Ergebnisse zeigen, dass intakt gebliebene A-Faser Neurone pathophysiologische Veränderungen im Sinne einer vermehrten Expression des pro-inflammatorischen Zyto-kins TNF-α erfahren. Dieser phänotypische Switch ist möglicherweise mit einer neuen Funktion dieser Neurone im nozizeptiven System verbunden. Die verminderte Expression des anti-inflammatorischen Zytokins IL-10 vier Tage nach CCI korrespondiert mit der frühen Schmerzentstehung nach peripherer Nervenläsion und der noch fehlenden Suppression der pro-inflammatorischen Zytokine zu diesem Zeitpunkt. Dagegen ist der Rückgang der VR1 und IB4 Konzentrationen im Spinal-ganglion am ehesten durch einen läsionsbedingten Mangel an neurotrophen Faktoren zu erklären. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse unterstützen die These, dass pro-inflammatorischen Zytokinen, insbesondere TNF-α, eine besondere Bedeutung bei der Entstehung neuropathischer Schmerzen zukommt. Dies könnte ein Ansatzpunkt für wei-tere Studien sein, die Wirksamkeit TNF-α hemmender Medikamente bei neuropathi-schen Schmerzmodellen im Tierversuch und eventuell später klinisch zu untersuchen.
M. Fabry ist eine X-chromosomale, lysosomale Speicherkrankheit, die aufgrund einer Mutation im für das Enzym αGalaktosidase A (αGalA)-kodierenden Gen GLA, zu einer vollständig fehlenden oder verminderten Expression von αGalA führt. Aufgrund ubiquitärer Ablagerungen von Globotriaosylceramid 3 (Gb3) kommt es zu einer progressiven Multiorganerkrankung sowie der Entwicklung einer small-fiber Neuropathie (SFN). Der Pathomechanismus des Fabry-assoziierten Schmerzes blieb trotz Entwicklung eines αGalA-defizienten Mausmodells (Fabry-ko-Maus) durch Ohshima et al. bisher weitgehend ungeklärt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die systematische Charakterisierung des Fabry-ko-Mausmodells hinsichtlich Schmerz-assoziierten Verhaltens und Expression Schmerz-assoziierter Ionenkanäle in Spinalganglienneuronen. Hierzu wurden insgesamt 42 drei Monate und 41 12 Monate alte männliche und weibliche Fabry-ko-Mäuse und ihre gleichaltrigen Wurfgeschwister untersucht. Die Verhaltenstestungen beinhalteten einen von Frey-, einen Hargreaves- sowie einen „Cold“-Test zur Evaluation der mechanischen und thermischen Rückzugslatenz. Weiterhin erfolgten die Analyse der intraepidermalen Nervenfaserdichte (IENFD) in Fußsohlen der Mäuse sowie eine H.E.-Färbung von Spinalganglien zur Untersuchung morphologischer Veränderungen der Neurone. Zusätzlich folgten immunhistochemische und molekulargenetische Untersuchungen des Gb3-Rezeptors (CD77), des transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1)-Kanals, des spannungsgesteuerten Natrium-Kanals 1.8 (Nav1.8), des Calcitonin Gene related peptide (CGRP), des Neurofilaments 200 (NF200) sowie von Isolectin B4 (IB4) an kryokonservierten und kultivierten Spinalganglienneuronen.
In Verhaltenstestungen konnten eine Überempfindlichkeit gegenüber mechanischen und Hitze-Stimuli sowie ein vermindertes Kälteempfinden festgestellt werden. Es zeigte sich eine reduzierte IENFD in Fußsohlen sowie eine Vergrößerung der neuronalen Fläche in Spinalganglien von Fabry-ko-Mäusen. Die immunhistochemischen Untersuchungen ergaben eine erhöhte CD77- und TRPV1-Immunreaktivität sowie eine erniedrigte NF200-Immunreaktivität in Fabry-ko-Mäusen; Untersuchungen hinsichtlich der Immunreaktivität von Nav1.8 ergaben keine Unterschiede. Molekulargenetisch konnte neben einer verminderten Nav1.8-Expression in jungen Fabry-ko-Mäusen keine Unterschiede festgestellt werden.
Die Ergebnisse der Verhaltenstestungen sowie die verminderte IENFD bei Fabry-ko-Mäusen entsprechen klinischen Befunden bei Fabry-Patienten. Erstmals konnte in dieser Arbeit eine Vergrößerung der Neuronenfläche in Fabry-ko-Mäusen quantitativ nachgewiesen und eine vermehrte Immunreaktivität von TRPV1 und CD77 festgestellt werden. Bei fehlendem Nachweis eines geschlechtsspezifischen Unterschieds der Ergebnisse, konnte ein Einfluss des weiblichen Geschlechts auf den Phänotyp des M. Fabry ausgeschlossen werden.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die von Oshima et al. entwickelte Fabry-ko-Maus ein suffizientes Model zur Erforschung des M. Fabry darstellt. Weiterhin rücken sie TRPV1 und spannungsgesteuerte Natriumkanäle weiter in den Fokus der Untersuchung Fabry-assoziierten Schmerzes und können aufgrund der hohen Anzahl an Versuchstieren und dem Vergleich mit Wurfgeschwistern als Grundlage für weitere Studien dienen.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss eines Mangels des antiinflammatorischen Zytokins Interleukin(IL)-4 am Tiermodell einer experimentellen Mononeuropathie (engl. chronic constriction injury, CCI) untersucht. Zentrale Fragestellung der Studie war, ob IL-4 knockout(ko)-Mäuse im Vergleich zu Wildtyp(wt)-Mäusen mit einem gesteigerten Schmerzverhalten sowie einer veränderten Zytokinantwort und Opioidrezeptor-Expression nach Anwendung eines neuropathischen Schmerzmodells (CCI) reagieren. In mehreren Tierstudien war zuvor eine antiinflammatorische und analgetische Wirkung von IL-4 belegt worden (Vale et al. 2003; Hao et al. 2006) und in klinischen Studien war ein verminderter IL-4-Spiegel bei Patienten mit verschiedenen neuropathischen Schmerzsyndromen mit einer gesteigerten Schmerzempfindung verbunden (Üçeyler et al. 2006; Üçeyler et al. 2007b). Da IL-4 die Transkription von Opioidrezeptoren induziert (Kraus et al. 2001; Börner et al. 2004), wurde zudem das Ansprechen von IL-4 ko-Mäusen auf Morphin und die Genexpression zentraler Opioidrezeptoren untersucht. Vor sowie bis vier Wochen nach Durchführung einer CCI wurden IL-4 ko- sowie wt- Mäuse hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit auf mechanische und thermische Stimuli analysiert. Zum Zeitpunkt des Schmerzmaximums nach CCI (Tag 7 bis 9) wurde zudem das Ansprechen beider Genotypen auf Morphin untersucht. Die Genexpression pro- (IL-1 beta, TNF) und antiinflammatorischer Zytokine (IL-10, IL- 13) im peripheren (N. ischiadicus) und zentralen Nervensystem (lumbales und zervikales Rückenmark, Pons, Thalamus, Hypothalamus, Striatum, Kortex) sowie die Genexpression zentraler Opioidrezeptoren (mü-OR, delta-OR, kappa-OR) wurde bei beiden Genotypen vor sowie vier Wochen nach CCI mittels Real-Time-PCR bestimmt. Unbehandelte IL-4 ko-Mäuse zeigten im Vergleich zu wt-Mäusen bereits vor Durchführung einer CCI eine mechanische Überempfindlichkeit (Hyperalgesie), was möglicherweise durch die bei IL-4-Mangel fehlenden zentralen inhibitorischen Mechanismen bedingt ist. Nach CCI entwickelten sowohl IL-4 ko- als auch wt-Mäuse eine gleich ausgeprägte mechanische und thermische Hyperalgesie. Die Tatsache, dass die mechanische Überempfindlichkeit bei IL-4 ko-Mäusen nach Nervenläsion nicht überproportional steigt, kann Ausdruck der nachgewiesenen kompensatorisch stärker ausgeprägten Genexpression proinflammatorischer, aber insbesondere auch antiinflammatorischer Zytokine in diesem Genotyp sein. Nur bei IL-4 ko-Mäusen war vier Wochen nach CCI die Genexpression der anti- inflammatorischen Zytokine im N. ischiadicus (IL-10) und ipsilateralen Rückenmark (IL-10, IL-13), jedoch auch die der proinflammatorischen Zytokine im ipsilateralen Rückenmark (TNF, IL-1 beta) erhöht. Nach CCI sprachen IL-4 ko-Mäuse schneller auf Morphingabe an als wt-Mäuse, was durch den bei diesem Genotyp stärker ausgeprägten Anstieg der Genexpression der Opioidrezeptortypen delta-OR und kappa-OR im kontralateralen Thalamus bedingt sein kann.
In dieser Arbeit wurde die Krankheitsprogression im Parkinson-Mausmodell hm2α-SYN-39 mit zunehmendem Alter charakterisiert. Die Mäuse wurden in 4 Altersgruppen (2-3, 7-8, 11-12, 16-17 Monate) mit motorischen Verhaltenstests auf einen Parkinson-Phänotyp untersucht. Zudem erfolgten Untersuchungen des dopaminergen Systems zur Detektion von neurochemischen Veränderungen und einer Neurodegeneration im nigrostriatalen Trakt. Weiterhin wurden neuroinflammatorische Prozesse des adaptiven und angeborenen IS in der SN und im Striatum mittels immunhistochemischer Färbungen beurteilt.
Ein Parkinson-Phänotyp in diesem Mausmodell zeigte sich nur leicht ausgeprägt, sodass der Rotarod- und Zylinder-Test lediglich den Hinweis auf eine nicht-signifikante Einschränkung der Motorik erbrachte. Dennoch ergab die stereologische Quantifizierung TH- und Nissl-positiver Zellen in der SNpc der hm2α-SYN-39 Mäuse eine altersabhängige, signifikant-progrediente Reduktion der dopaminergen Neurone mit zunehmendem Alter. Eine signifikant niedrigere TH-positive Zellzahl dieser tg Mäuse zeigte sich ab einem Alter von 16-17 Monaten verglichen zu gleichaltrigen wt Tieren. Dagegen war die Neurodegeneration im Striatum etwas weniger ausgeprägt. Die tg Mäuse präsentierten im Alter von 16-17 Monaten eine nicht-signifikante Erniedrigung der dopaminergen Terminalen verglichen zu gleichaltrigen wt Tieren. Ein DA-Mangel im Striatum der tg Mäuse konnte mittels HPLC bestätigt werden. Bis zum Alter von 16-17 Monaten wurde eine signifikante Reduktion der DA-Level von 23,2 % verglichen zu gleichaltrigen wt Mäusen gezeigt. Außerdem erniedrigt waren die striatalen Level von NA und 5-HAT bei tg Mäusen, passend zu den bisherigen Ergebnissen bei Parkinson-Patienten.
Immunhistochemische Untersuchungen einer Neuroinflammation im nigrostriatalen Trakt ergaben eine tendenziell erhöhte Infiltration von CD4- und CD8-positiven T-Zellen bei hm2α-SYN-39 Mäusen mit zunehmendem Alter, wobei die Infiltration CD8-positiver Zellen ausgeprägter war als bei CD4-positiven Zellen. Eine noch deutlichere neuroinflammatorische Reaktion zeigte das angeborene IS. Hierbei ergab die immunhistologische Quantifizierung CD11b-positiver mikroglialer Zellen einen hochsignifikanten Anstieg im nigrostriatalen Trakt bei hm2α-SYN-39 Mäusen schon im jungen Alter.
Zusammenfassend präsentierte dieses Parkinson-Mausmodell eine langsam-progrediente Parkinson-Pathologie mit begleitender Neuroinflammation im nigrostriatalen Trakt während des Alterns, wobei die Immunantwort der mikroglialen Zellen zu einem früheren Zeitpunkt einsetzte als die T-Zellinfiltration und Neurodegeneration. Dieses Mausmodell bietet zahlreiche Möglichkeiten zur zukünftigen Erforschung der Pathophysiologie beim MP. Generell weist diese Arbeit auf eine bedeutende Rolle neuroinflammatorischer Prozesse in der Krankheitsprogression der Parkinsonerkrankung hin und soll dazu ermutigen Neuroinflammation durchaus intensiver in tg Tiermodellen zu untersuchen.
The present cumulative dissertation summarizes three clinical studies, which examine
subgroups of patients within the fibromyalgia syndrome (FMS). FMS entails chronic pain and
associated symptoms, and its pathophysiology is incompletely understood (1). Previous studies
show that there is a subgroup of patients with FMS with objective histological pathology of the
small nerve fibers of the peripheral nervous system (PNS). Another subgroup of FMS patients
does not show any signs of pathological changes of the small nerve fibers. The aim of this
dissertation was to compare FMS patients with healthy controls, and these two FMS subgroups
for differences in the central nervous system (CNS) in order to explore possible interactions
between PNS and the CNS. Regarding the CNS, differences of FMS patients with healthy
controls have already been found in studies with small sample sizes, but no subgroups have yet
been identified. Another aim of this thesis was to test whether the subgroups show a different
response to different classes of pain medication. The methods used in this thesis are structural
and functional magnetic resonance imaging (MRI), magnetic resonance diffusion imaging and
magnetic resonance spectroscopy. For the evaluation of clinical symptoms, we used
standardized questionnaires. The subgroups with and without pathologies of the PNS were
determined by skin biopsies of the right thigh and lower leg based on the intraepidermal nerve
fiber density (IENFD) of the small nerve fibers.
1) In the first MRI study, 43 female patients with the diagnosis of FMS and 40 healthy
control subjects, matched in age and body mass index, were examined with different MRI
sequences. Cortical thickness was investigated by structural T1 imaging, white matter integrity
by diffusion tensor imaging and functional connectivity within neuronal networks by functional
resting state MRI. Compared to the controls, FMS patients had a lower cortical volume in
bilateral frontotemporoparietal regions and the left insula, but a higher cortical volume in the
left pericalcarine cortex. Compared to the subgroup without PNS pathology, the subgroup with
PNS pathology had lower cortical volume in both pericalcarine cortices. Diffusion tensor
imaging revealed an increased fractional anisotropy (FA) of FMS patients in corticospinal
pathways such as the corona radiata, but also in regions of the limbic systems such as the fornix
and cingulum. Subgroup comparison again revealed lower mean FA values of the posterior
thalamic radiation and the posterior limb of the left internal capsule in the subgroup with PNS
pathology. In the functional connectivity analysis FMS patients, compared to controls, showed
a hypoconnectivity between the right median frontal gyrus and the posterior cerebellum and
the right crus cerebellum, respectively. In the subgroup comparisons, the subgroup with PNS
pathology showed a hyperconnectivity between both inferior frontal gyri, the right posterior
parietal cortex and the right angular gyrus. In summary, these results show that differences in
brain morphology and functional connectivity exist between FMS patients with and without
PNS pathology. These differences were not associated with symptom duration or severity and,
in some cases, have not yet been described in the context of FMS. The differences in brain
morphology and connectivity between subgroups could also lead to a differential response to
treatment with centrally acting drugs. Further imaging studies with FMS patients should take
into account this heterogeneity of FMS patient cohorts.
2) Following the results from the first MRI study, drug therapies of FMS patients and
their treatment response were compared between PNS subgroups. As there is no licensed drug
for FMS in Europe, the German S3 guideline recommends amitriptyline, duloxetine and
pregabalin for temporary use. In order to examine the current drug use in FMS patients in
Germany on a cross-sectional basis, 156 patients with FMS were systematically interviewed.
The drugs most frequently used to treat pain in FMS were non-steroidal anti-inflammatory
drugs (NSAIDs) (28.9%), metamizole (15.4%) and amitriptyline (8.8%). Pain relief assessed by
patients on a numerical rating scale from 0-10 averaged 2.2 points for NSAIDs, 2.0 for
metamizole and 1.5 for amitriptyline. Drugs that were discontinued for lack of efficacy and not
for side effects were acetaminophen (100%), flupirtine (91.7%), selective serotonin reuptake
inhibitors (81.8%), NSAIDs (83.7%) and weak opioids (74.1%). Patients were divided into
subgroups with and without PNS pathology as determined by skin biopsies. We found no
differences in drug use and effect between the subgroups. Taken together, these results show
that many FMS patients take medication that is not in accordance with the guidelines. The
reduction of symptoms was best achieved with metamizole and NSAIDs. Further longitudinal
studies on medication in FMS are necessary to obtain clearer treatment recommendations.
3) Derived from previous pharmacological and imaging studies (with smaller case
numbers), there is a hypothesis in the FMS literature that hyperreactivity of the insular cortex
may have an impact on FMS. The hyperreactivity seems to be due to an increased concentration
of the excitatory neurotransmitter glutamate in the insular cortex of FMS patients. The
hypothesis is supported by magnetic resonance spectroscopy studies with small number of
cases, as well as results from pharmacological studies with glutamate-inhibiting medication.
Studies from animal models have also shown that an artificially induced increase in glutamate
in the insular cortex can lead to reduced skin innervation. Therefore, the aim of this study was
to compare glutamate and GABA concentrations in the insular cortex of FMS patients with
those of healthy controls using magnetic resonance imaging. There was no significant
difference of both neurotransmitters between the groups. In addition, there was no correlation
between the neurotransmitter concentrations and the severity of clinical symptoms. There
were also no differences in neurotransmitter concentrations between the subgroups with and
without PNS pathology. In conclusion, our study could not show any evidence of a correlation
of glutamate and GABA concentrations with the symptoms of FMS or the pathogenesis of
subgroups with PNS pathologies.
Immune cells (IC) play a crucial role in murine stroke pathophysiology. However, data are limited on the role of these cells in ischemic stroke in humans. We therefore aimed to characterize and compare peripheral IC subsets in patients with acute ischemic stroke/transient ischemic attack (AIS/TIA), chronic cerebrovascular disease (CCD) and healthy volunteers (HV). We conducted a case-control study of patients with AIS/TIA (n = 116) or CCD (n = 117), and HV (n = 104) who were enrolled at the University Hospital Würzburg from 2010 to 2013. We determined the expression and quantity of IC subsets in the three study groups and performed correlation analyses with demographic and clinical parameters. The quantity of several IC subsets differed between the AIS/TIA, CCD, and HV groups. Several clinical and demographic variables independently predicted the quantity of IC subsets in patients with AIS/TIA. No significant changes in the quantity of IC subsets occurred within the first three days after AIS/TIA. Overall, these findings strengthen the evidence for a pathophysiologic role of IC in human ischemic stroke and the potential use of IC-based biomarkers for the prediction of stroke risk. A comprehensive description of IC kinetics is crucial to enable the design of targeted treatment strategies.
Introduction
We characterized dermal innervation in patients with fibromyalgia syndrome (FMS) as potential contribution to small fiber pathology.
Methods
Skin biopsies of the calf were collected (86 FMS patients, 35 healthy controls). Skin was immunoreacted with antibodies against protein gene product 9.5, calcitonine gene-related peptide, substance P, CD31, and neurofilament 200 for small fiber subtypes. We assessed two skin sections per patient; on each skin section, two dermal areas (150 x 700 mu m each) were investigated for dermal nerve fiber length (DNFL).
Results
In FMS patients we found reduced DNFL of fibers with vessel contact compared to healthy controls (p<0.05). There were no differences for the other nerve fiber subtypes.
Discussion
We found less dermal nerve fibers in contact with blood vessels in FMS patients than in controls. The pathophysiological relevance of this finding is unclear, but we suggest the possibility of a relationship with impaired thermal tolerance commonly reported by FMS patients.
Background:
Cerebellar liponeurocytoma is an extremely rare tumour entity of the central nervous system. It is histologically characterised by prominent neuronal/neurocytic differentiation with focal lipidisation and corresponding histologically to WHO grade II. It typically develops in adults, and usually shows a low proliferative potential. Recurrences have been reported in almost 50% of cases, and in some cases the recurrent tumour may display increased mitotic activity and proliferation index, vascular proliferations and necrosis. Thus pathological diagnosis of liponeurocytoma is challenging. This case presentation highlights the main clinical, radiographic and pathological features of a cerebellar liponeurocytoma.
Case presentation:
A 59-year-old, right-handed woman presented at our department with a short history of persistent headache, vertigo and gait disturbances. Examination at presentation revealed that the patient was awake, alert and fully oriented. The cranial nerve status was normal. Uncertainties were noted in the bilateral finger-to-nose testing with bradydiadochokinesis on both sides. Strength was full and no pronator drift was observed. Sensation was intact. No signs of pyramidal tract dysfunction were detected. Her gait appeared insecure. The patient underwent surgical resection. Afterward no further disturbances could be detected.
Conclusions:
To date >40 cases of liponeurocytoma have been reported, including cases with supratentorial location. A review of the 5 published cases of recurrent cerebellar. Liponeurocytoma revealed that the median interval between the first and second relapse was rather short, indicating uncertain malignant potential. The most recent WHO classification of brain tumours (2016) classifies the cerebellar liponeurocytoma as a separate entity and assigns the tumour to WHO grade II. Medulloblastoma is the most important differential diagnosis commonly seen in children and young adults. In contrast, cerebellar liponeurocytoma is typically diagnosed in adults. The importance of accurate diagnosis should not be underestimated especially in the view of possible further therapeutic interventions and for the determination of the patient's prognosis.
Zytotoxische CD8+ T-Lymphozyten spielen in vielen inflammatorischen, aber auch primär neurodegenerativen Erkrankungen eine wichtige Rolle. Daher besitzt die Fragestellung inwiefern CD8+ ZTL Neurone direkt schädigen und ggf. welche mechanistischen Aspekte dieser Schädigung zugrunde liegen, eine hohe Relevanz. Um diese Fragestellung eingehender zu beleuchten, wurde mit dem OT-I-System gearbeitet. Dieses gut vorcharakterisierte CD8+ T-Zell-Modell besitzt den Vorteil, dass diese transgenen Zellen nur eine Peptidsequenz des Ovalbumin (OVA) Protein als spezifisches Antigen erkennen.
Zunächst wurden in der vorliegenden Arbeit Co-Kultivierungs-Experimente durchgeführt. Hierzu wurden akut isolierte murine Hippokampus-Neurone unter verschiedenen Bedingungen mit OT-I Lymphozyten co-kultiviert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass unter Antigenpräsentation der Neurone signifikant mehr Neurone in die Apoptose/Nekrose geführt werden, als unter Kontroll-Bedingungen, in denen entweder kein Antigen oder ein Antigen, das nicht von OT-I Lymphozyten erkannt wird, präsentiert wird.
Nachdem die Antigen-abhängigen zytotoxischen Effekte auf Neurone gezeigt werden konnten, wurde mithilfe elektrophysiologischer Techniken die mechanistischen und funktionellen Konsequenzen des direkten neuronalen/OT-I-vermittelten Zellkontakts untersucht. Bei diesem experimentellen Ansatz wurde durch elektrisches Auslenken eines Neurons nach Kontakt mit einem OT-I Lymphozyt die passiven elektrischen Parameter der Neuronenmembran gemessen. In diesen Messungen konnte gezeigt werden, dass nach unmittelbarem Kontakt eines Neurons mit einem OT-I Lymphozyt der neuronale Membranwiderstand reduziert wird bzw. die Leitfähigkeit der Zellmembran erhöht wird. Diese Änderung der neuronalen Membran-Leitfähigkeit findet in einem Zeitraum von 10 min nach dem Zell-Zell-Kontakt statt. Auch hier konnte gezeigt werden, dass dieser Einfluss von OT-I Lymphozyten auf Neurone strikt Antigen-abhängig ist. Zur Untersuchung des Mechanismus der OT-I T-Lymphozyten auf Neurone wurde das Augenmerk auf verschiedene T-Zell-induzierte Apoptosewegegelegt. Es konnte gezeigt werden, dass durch Blockieren der Fas/FasL-Interaktion mittels eines Antikörpers kein Unterschied, weder in der neuronalen Apoptoserate nach Co-Kultivierung, noch eine Änderung der passiven neuronalen Membran-Leitfähigkeit auftritt. Weiterhin wurde die Rolle der von T-Zellen sezernierten Granula Perforin und Granzym B untersucht. Um den Einfluss dieser Granula aufzuklären, wurden OT-I Lymphozyten verwendet, die entweder defizient für Perforin oder Granzym B waren. In diesem experimentellen Ansatz wurde gezeigt, dass ausschließlich Perforin für die Erniedrigung des passiven neuronalen Membran-Widerstandes verantwortlich ist.
Diese Erhöhung der neuronalen Membranleitfähigkeit führte aber nicht direkt zum neuronalen Zelltod. Vielmehr wurde durch die einhergehende Depolarisation des Neurons die elektrische Aktivität der Zelle vermindert, sodass es zu einem sogenannten „electrical silencing“ kommt. Dieser Umstand konnte auch in der Betrachtung der spontanen Netzwerkaktivität von Neuronenkulturen gezeigt werden. Hierfür wurden hoch dichte Neuronenkulturen auf MEA-Chips kultiviert. Mit Hilfe dieser MEA konnten die Summenfeldpotentiale der Neuronenkulturen detektiert werden. Hierbei wurde beobachtet, dass nach Beladung der Neuronen mit dem spezifischen OT-I-Antigen und OT-I Zellen eine Verringerung der spontanen Netzwerkaktivität einhergeht. Auch in diesem Effekt konnte eine Antigen-Spezifität nachgewiesen werden.
Da der Prozess der zellulären Apoptose mit einem Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration einhergeht, und Perforin als Ca2+-durchlässiger unselektiver Porenbildner fungiert, wurden zur Überprüfung der Hypothese calcium imaging-Experimente durchgeführt. Analog zu den elektrophysiologischen Messungen wurde gezeigt, dass nach direktem Zell-Zell-Kontakt zwischen Neuron und OT-I Lymphozyt eine Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration zu messen ist. Dass diese Änderung des neuronalen Ca2+-Einstroms durch Perforin-abhängige Membranporen hervorgerufen wird, konnte durch die Verwendung von Perforin-defizienten OT-I Lymphozyten bewiesen werden. Unter Verwendung von Perforin-defizienten OT-I Lymphozyten wurde keine Änderung der neuronalen Ca2+-Konzentration ermittelt. Weiterhin wurde in diesem experimentellen Ansatz gezeigt, dass auch der OT-I-vermittelte neuronale Ca2+-Anstieg strikt Antigen-abhängig ist.Zusammengefasst konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass MHC-I/Antigen-vermittelte CD8+ Lymphozyten-Interaktion mit einem Neuron zu „electrical silencing“ des Neurons führt. Dieser Prozess ist klar Perforin-abhängig, führt jedoch nicht zum unmittelbaren Zelltod des Neurons.
Introduction
B cells are attracting increasing attention in the pathogenesis of multiple sclerosis (MS). B cell-targeted therapies with monoclonal antibodies or plasmapheresis have been shown to be successful in a subset of patients. Here, patients with either relapsing-remitting (n = 24) or secondary progressive (n = 6) MS presenting with an acute clinical relapse were screened for their B cell reactivity to brain antigens and were re-tested three to nine months later. Enzyme-linked immunospot technique (ELISPOT) was used to identify brain-reactive B cells in peripheral blood mononuclear cells (PBMC) directly ex vivo and after 96 h of polyclonal stimulation. Clinical severity of symptoms was determined using the Expanded Disability Status Scale (EDSS).
Results
Nine patients displayed B cells in the blood producing brain-specific antibodies directly ex vivo. Six patients were classified as B cell positive donors only after polyclonal B cell stimulation. In 15 patients a B cell response to brain antigens was absent. Based on the autoreactive B cell response we categorized MS relapses into three different patterns. Patients who displayed brain-reactive B cell responses both directly ex vivo and after polyclonal stimulation (pattern I) were significantly younger than patients in whom only memory B cell responses were detectable or entirely absent (patterns II and III; p = 0.003). In one patient a conversion to a positive B cell response as measured directly ex vivo and subsequently also after polyclonal stimulation was associated with the development of a clinical relapse. The evaluation of the predictive value of a brain antigen-specific B cell response showed that seven of eight patients (87.5%) with a pattern I response encountered a clinical relapse during the observation period of 10 months, compared to two of five patients (40%) with a pattern II and three of 14 patients (21.4%) with a pattern III response (p = 0.0005; hazard ratio 6.08 (95% confidence interval 1.87-19.77).
Conclusions
Our data indicate actively ongoing B cell-mediated immunity against brain antigens in a subset of MS patients that may be causative of clinical relapses and provide new diagnostic and therapeutic options for a subset of patients.
INTRODUCTION:
B cells are attracting increasing attention in the pathogenesis of multiple sclerosis (MS). B cell-targeted therapies with monoclonal antibodies or plasmapheresis have been shown to be successful in a subset of patients. Here, patients with either relapsing-remitting (n = 24) or secondary progressive (n = 6) MS presenting with an acute clinical relapse were screened for their B cell reactivity to brain antigens and were re-tested three to nine months later. Enzyme-linked immunospot technique (ELISPOT) was used to identify brain-reactive B cells in peripheral blood mononuclear cells (PBMC) directly ex vivo and after 96 h of polyclonal stimulation. Clinical severity of symptoms was determined using the Expanded Disability Status Scale (EDSS).
RESULTS:
Nine patients displayed B cells in the blood producing brain-specific antibodies directly ex vivo. Six patients were classified as B cell positive donors only after polyclonal B cell stimulation. In 15 patients a B cell response to brain antigens was absent. Based on the autoreactive B cell response we categorized MS relapses into three different patterns. Patients who displayed brain-reactive B cell responses both directly ex vivo and after polyclonal stimulation (pattern I) were significantly younger than patients in whom only memory B cell responses were detectable or entirely absent (patterns II and III; p = 0.003). In one patient a conversion to a positive B cell response as measured directly ex vivo and subsequently also after polyclonal stimulation was associated with the development of a clinical relapse. The evaluation of the predictive value of a brain antigen-specific B cell response showed that seven of eight patients (87.5%) with a pattern I response encountered a clinical relapse during the observation period of 10 months, compared to two of five patients (40%) with a pattern II and three of 14 patients (21.4%) with a pattern III response (p = 0.0005; hazard ratio 6.08 (95% confidence interval 1.87-19.77).
CONCLUSIONS:
Our data indicate actively ongoing B cell-mediated immunity against brain antigens in a subset of MS patients that may be causative of clinical relapses and provide new diagnostic and therapeutic options for a subset of patients.
Background
Animal models have been instrumental in defining thrombus formation, including the role of platelet surface glycoprotein (GP) receptors, in acute ischemic stroke (AIS). However, the involvement of GP receptors in human ischemic stroke pathophysiology and their utility as biomarkers for ischemic stroke risk and severity requires elucidation.
Aims
To determine whether platelet GPIb and GPIIb/IIIa receptors are differentially expressed in patients with AIS and chronic cerebrovascular disease (CCD) compared with healthy volunteers (HV) and to identify predictors of GPIb and GPIIb/IIIa expression.
Methods
This was a case-control study of 116 patients with AIS or transient ischemic attack (TIA), 117 patients with CCD, and 104 HV who were enrolled at our University hospital from 2010 to 2013. Blood sampling was performed once in the CCD and HV groups, and at several time points in patients with AIS or TIA. Linear regression and analysis of variance were used to analyze correlations between platelet GPIb and GPIIb/IIIa receptor numbers and demographic and clinical parameters.
Results
GPIb and GPIIb/IIIa receptor numbers did not significantly differ between the AIS, CCD, and HV groups. GPIb receptor expression level correlated significantly with the magnitude of GPIIb/IIIa receptor expression and the neutrophil count. In contrast, GPIIb/IIIa receptor numbers were not associated with peripheral immune-cell sub-population counts. Creactive protein was an independent predictor of GPIIb/IIIa (not GPIb) receptor numbers.
Conclusions
Platelet GPIb and GPIIb/IIIa receptor numbers did not distinguish between patient or control groups in this study, negating their potential use as a biomarker for predicting stroke risk.
Background:
Clinical reasoning in Neurology is based on general associations which help to deduce the site of the lesion. However, even “golden principles” may occasionally be deceptive. Here, we describe the case of subacute flaccid tetraparesis due to motor cortical lesions. To our knowledge, this is the first report to include an impressive illustration of nearly symmetric motor cortical involvement of encephalitis on brain MRI.
Case presentation:
A 51 year old immunocompromized man developed a high-grade pure motor flaccid tetraparesis over few days. Based on clinical presentation, critical illness polyneuromyopathy was suspected. However, brain MRI revealed symmetrical hyperintensities strictly limited to the subcortical precentral gyrus. An encephalitis, possibly due to CMV infection, turned out to be the most likely cause.
Conclusion:
While recognition of basic clinical patterns is indispensable in neurological reasoning, awareness of central conditions mimicking peripheral nervous disease may be crucial to detect unsuspected, potentially treatable conditions.
Background
Troponin elevation is common in ischemic stroke (IS) patients. The pathomechanisms involved are incompletely understood and comprise coronary and non-coronary causes, e.g. autonomic dysfunction. We investigated determinants of troponin elevation in acute IS patients including markers of autonomic dysfunction, assessed by heart rate variability (HRV) time domain variables.
Methods
Data were collected within the Stroke Induced Cardiac FAILure (SICFAIL) cohort study. IS patients admitted to the Department of Neurology, Würzburg University Hospital, underwent baseline investigation including cardiac history, physical examination, echocardiography, and blood sampling. Four HRV time domain variables were calculated in patients undergoing electrocardiographic Holter monitoring. Multivariable logistic regression with corresponding odds ratios (OR) and 95% confidence intervals (CI) was used to investigate the determinants of high-sensitive troponin T (hs-TnT) levels ≥14 ng/L.
Results
We report results from 543 IS patients recruited between 01/2014–02/2017. Of those, 203 (37%) had hs-TnT ≥14 ng/L, which was independently associated with older age (OR per year 1.05; 95% CI 1.02–1.08), male sex (OR 2.65; 95% CI 1.54–4.58), decreasing estimated glomerular filtration rate (OR per 10 mL/min/1.73 m2 0.71; 95% CI 0.61–0.84), systolic dysfunction (OR 2.79; 95% CI 1.22–6.37), diastolic dysfunction (OR 2.29; 95% CI 1.29–4.02), atrial fibrillation (OR 2.30; 95% CI 1.25–4.23), and increasing levels of C-reactive protein (OR 1.48 per log unit; 95% CI 1.22–1.79). We did not identify an independent association of troponin elevation with the investigated HRV variables.
Conclusion
Cardiac dysfunction and elevated C-reactive protein, but not a reduced HRV as surrogate of autonomic dysfunction, were associated with increased hs-TnT levels in IS patients independent of established cardiovascular risk factors.
Traumatic brain injury (TBI) induces a strong inflammatory response which includes blood-brain barrier damage, edema formation and infiltration of different immune cell subsets. More recently, microvascular thrombosis has been identified as another pathophysiological feature of TBI. The contact-kinin system represents an interface between inflammatory and thrombotic circuits and is activated in different neurological diseases. C1-Inhibitor counteracts activation of the contact-kinin system at multiple levels. We investigated the therapeutic potential of C1-Inhibitor in a model of TBI. Male and female C57BL/6 mice were subjected to cortical cryolesion and treated with C1-Inhibitor after 1 h. Lesion volumes were assessed between day 1 and day 5 and blood-brain barrier damage, thrombus formation as well as the local inflammatory response were determined post TBI. Treatment of male mice with 15.0 IU C1-Inhibitor, but not 7.5 IU, 1 h after cryolesion reduced lesion volumes by ~75% on day 1. This protective effect was preserved in female mice and at later stages of trauma. Mechanistically, C1-Inhibitor stabilized the blood-brain barrier and decreased the invasion of immune cells into the brain parenchyma. Moreover, C1-Inhibitor had strong antithrombotic effects. C1-Inhibitor represents a multifaceted anti-inflammatory and antithrombotic compound that prevents traumatic neurodegeneration in clinically meaningful settings.
Elevated and low blood pressure (BP) may lead to poor functional outcome after ischemic stroke, which is conflicting. Hence, there must be another factor—such as cerebral small vessel disease (cSVD) -interacting with BP and thus, affecting outcome. Here, we investigate the relationship between BP and cSVD regarding outcome after stroke. Data of 423/503 stroke patients were prospectively analyzed. Diastolic (DBP) and systolic BP (SBP) were collected on hospital admission (BP\(_{ad}\)) and over the first 72 h (BP\(_{72h}\)). cSVD-burden was determined on MR-scans. Good functional outcome was defined as a modified Rankin Scale score ≤ 2 at hospital discharge and 12 months thereafter. cSVD was a predictor of poor outcome (OR 2.8; p < 0.001). SBPad, DBP\(_{ad}\) and SBP\(_{72h}\) were not significantly associated with outcome at any time. A significant relationship was found between DBP\(_{72h}\), (p < 0.01), cSVD (p = 0.013) and outcome at discharge. At 12 months, we found a relationship between outcome and DBP\(_{72h}\) (p = 0.018) and a statistical tendency regarding cSVD (p = 0.08). Changes in DBP72h were significantly related with outcome. There was a U-shaped relationship between DBP\(_{72h}\) and outcome at discharge. Our results suggest an individualized stroke care by either lowering or elevating DBP depending on cSVD-burden in order to influence functional outcome.
Inflammation in the brain and gut is a critical component of several neurological diseases, such as Parkinson’s disease (PD). One trigger of the immune system in PD is aggregation of the pre-synaptic protein, α-synuclein (αSyn). Understanding the mechanism of propagation of αSyn aggregates is essential to developing disease-modifying therapeutics. Using a brain-first mouse model of PD, we demonstrate αSyn trafficking from the brain to the ileum of male mice. Immunohistochemistry revealed that the ileal αSyn aggregations are contained within CD11c+ cells. Using single-cell RNA sequencing, we demonstrate that ileal CD11c\(^+\) cells are microglia-like and the same subtype of cells is activated in the brain and ileum of PD mice. Moreover, by utilizing mice expressing the photo-convertible protein, Dendra2, we show that CD11c\(^+\) cells traffic from the brain to the ileum. Together these data provide a mechanism of αSyn trafficking between the brain and gut.
The pathophysiology of tremor in Parkinson’s disease (PD) is evolving towards a complex alteration to monoaminergic innervation, and increasing evidence suggests a key role of the locus coeruleus noradrenergic system (LC-NA). However, the difficulties in imaging LC-NA in patients challenge its direct investigation. To this end, we studied the development of tremor in a reserpinized rat model of PD, with or without a selective lesioning of LC-NA innervation with the neurotoxin DSP-4. Eight male rats (Sprague Dawley) received DSP-4 (50 mg/kg) two weeks prior to reserpine injection (10 mg/kg) (DR-group), while seven male animals received only reserpine treatment (R-group). Tremor, rigidity, hypokinesia, postural flexion and postural immobility were scored before and after 20, 40, 60, 80, 120 and 180 min of reserpine injection. Tremor was assessed visually and with accelerometers. The injection of DSP-4 induced a severe reduction in LC-NA terminal axons (DR-group: 0.024 ± 0.01 vs. R-group: 0.27 ± 0.04 axons/um\(^2\), p < 0.001) and was associated with significantly less tremor, as compared to the R-group (peak tremor score, DR-group: 0.5 ± 0.8 vs. R-group: 1.6 ± 0.5; p < 0.01). Kinematic measurement confirmed the clinical data (tremor consistency (% of tremor during 180 s recording), DR-group: 37.9 ± 35.8 vs. R-group: 69.3 ± 29.6; p < 0.05). Akinetic–rigid symptoms did not differ between the DR- and R-groups. Our results provide preliminary causal evidence for a critical role of LC-NA innervation in the development of PD tremor and foster the development of targeted therapies for PD patients.
Pathophysiological understanding of gait and balance disorders in Parkinson’s disease is insufficient and late recognition of fall risk limits efficacious followup to prevent or delay falls. We show a distinctive reduction of glucose metabolism in the left posterior parietal cortex, with increased metabolic activity in the cerebellum, in parkinsonian patients 6–8 months before their first fall episode. Falls in Parkinson’s disease may arise from altered cortical processing of body spatial orientation, possibly predicted by abnormal cortical metabolism.