Neurologische Klinik und Poliklinik
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- Institut für Klinische Epidemiologie und Biometrie (16)
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- 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)
Background
Mucopolysaccharidosis type III (Sanfilippo syndrome) is a lysosomal storage disorder, caused by a deficiency in the heparan-N-sulfatase enzyme involved in the catabolism of the glycosaminoglycan heparan sulfate. It is characterized by early nonspecific neuropsychiatric symptoms, followed by progressive neurocognitive impairment in combination with only mild somatic features. In this patient group with a broad clinical spectrum a significant genotype-phenotype correlation with some mutations leading to a slower progressive, attenuated course has been demonstrated.
Case presentation
Our patient had complications in the neonatal period and was diagnosed with Mucopolysaccharidosis IIIa only at the age of 28 years. He was compound heterozygous for the variants p.R245H and p.S298P, the latter having been shown to lead to a significantly milder phenotype.
Conclusions
The diagnostic delay is even more prolonged in this patient population with comorbidities and a slowly progressive course of the disease.
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.
Die Charcot-Marie-Tooth-Neuropathie umfasst eine heterogene Gruppe von erblichen unter anderem demyelinisierenden Erkrankungen des peripheren Nervensystems. Trotz ihrer hohen Prävalenz von 1:2.500 gibt es bis dato keine kausalen Therapiemöglichkeiten. Durch den progressiven Krankheitsverlauf wird die Lebensqualität der Patienten stetig gemindert; der fortschreitende Verlust der Muskelkraft und Störungen des Gangbildes sind besonders belastend.
Ursächlich für die CMT1-Neuropathie sind unter anderem Mutationen in Genen, die für Moleküle des Myelins von Schwannzellen codieren. Diese Mutationen führen zu einer verminderten Stabilität und Funktion des Myelins und so letzten Endes zu einer Demyelinisierung und axonalen Schädigung der peripheren Nerven. Weitere Studien in CMT1-Mausmodellen zeigten jedoch, dass nicht nur die verringerte Myelinstabilität sondern auch eine durch das Immunsystem vermittelte geringgradige Entzündungsreaktion für die Symptome ursächlich sein könnte. Hier spielen vor allem Makrophagen eine zentrale Rolle. Das Zytokin CSF-1 aktiviert die Makrophagen und verursacht so eine Demyelinisierung der peripheren Nerven. In P0het und Cx32def Mausmodellen konnte nachgewiesen werden, dass eine medikamentöse Inhibition des CSF-1-Rezeptors an Makrophagen zu einem verbesserten Nervphänotypen und einer deutlichen Abmilderung des Krankheitsbildes führte.
In dieser Arbeit wurden in P0het und Cx32def Mausmodellen weiterführende Behandlungsstudien mit einem CSF-1-RI durchgeführt, die untersuchen, zu welchem Zeitpunkt innerhalb des Krankheitsverlaufs (therapeutisch oder präventiv) eine erfolgreiche Therapie noch möglich ist und ob bei einem früheren Beginn eine noch bessere Wirkung erzielt werden kann.
Abhängig von den verschiedenen Start- und Endpunkten waren unterschiedliche Ergebnisse zu beobachten: Hinsichtlich der klinischen Parameter wie der Greifkraft und der Anzahl an abnormal innervierten Synapsen zeigten die Tiere im präventiven Behandlungszweig in beiden Mausmodellen das beste Ergebnis im Vergleich zu den Kontrolltieren. Diese substantielle Verbesserung ließ sich unabhängig von einem Makrophagen-Reflux sogar noch 6 Monate nach Behandlungsabbruch nachweisen.
Bezüglich der endoneuralen Makrophagendepletion war sowohl in den P0het als auch den Cx32def Tieren im präventiven sowie im therapeutischen Behandlungszweig eine signifikante Verbesserung zu beobachten.
Diese Ergebnisse heben ein weiteres Mal die Bedeutung der Makrophagen als Teil einer Entzündungsreaktion in der Pathogenese der CMT1-Neuropathie hervor. Des Weiteren konnte die These gefestigt werden, dass eine Inhibition des CSF-1-Rezeptors zu verbesserten histopathologischen sowie funktionellen Parametern führt. Um ein gutes Ansprechen auf die Therapie zu erzielen, müssen ein möglichst früher Therapiebeginn sowie eine nachhaltige Behandlungsdauer gewährleistet sein.
Die WHO definiert Gesundheit als völliges körperliches, geistiges und soziales Wohlbefinden. Während diese ganzheitliche Betrachtungsweise seit Menschengedenken nahezu weltweit das Gesundheitswesen prägt, hat die Medizin in Europa mit der naturwissenschaftlichen Erkenntnisrevolution einen Sonderweg eingeschlagen. Hier wird der kranke Organismus in erster Linie als defekter Apparat gesehen, der mit ausgeklügelter Technik zu reparieren ist. Aber auch präziseste Qualitätsarbeit stößt dabei oft an Leistungsgrenzen, weil sie als seelenlos erlebt wird. Daher sehen heute viele Fachgebiete die Notwendigkeit, ihre Behandlungskonzepte zu beseelen und ihre Behandlungserfolge auch anhand der subjektiv von Patienten empfundenen Lebensqualität zu beurteilen. Für die Ermittlung dieses PRO kommen etablierte psychometrische Testverfahren in Frage, die sich auch für routinemäßige Verlaufskontrollen eignen.
In der vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel der mHE geprüft, welchen Nutzen eine PRO-Bestimmung bei der Verlaufskontrolle haben kann. Dazu wurde eine prospektive Studie mit anfänglich 75 Patienten durchgeführt. Alle hatten eine mHE und waren entweder alkoholbedingt oder aus anderen Gründen schwer leberkrank. An vier Terminen im Abstand von sechs Monaten wurden die kognitive Leistungsfähigkeit und der emotionale Status überprüft. Die Patienten zeigten anfänglich kognitive Einschränkungen, die sich im Verlauf der individuell abgestimmten Behandlung deutlich verbesserten oder ganz verschwanden. Die globale Testung mit dem MoCA ergab eine hochsignifikante Normalisierung im ersten Behandlungsjahr. Die MoCA-Werte am Studienanfang und -ende waren von der Erkrankungsursache unabhängig. Dieser Befund differenzierte sich in den Spezialtests TMT, PHES und NHPT. Hier zeigten die alkoholbedingt Erkrankten durchweg schlechtere Leistungen als die nicht-alkoholbedingt Erkrankten, erholten sich aber in der Regel auch deutlicher.
Die seelische Gestimmtheit gemäß BDI-II und die mit dem SF-36 MCS ermittelte psychosoziale Befindlichkeit waren in beiden Patientengruppen von Anfang an vergleichsweise günstig. Dabei hatten die alkoholbedingt Erkrankten die besseren Werte, speziell der BDI-II zeigte bei ihnen nach einem halben Jahr eine zusätzliche und bleibende Stimmungsaufhellung an. Der SF-36 PCS zum Körpererleben zeigte hingegen, dass sich die alkoholbedingt Erkrankten zu Studienbeginn in einer deutlich schlechteren Verfassung befanden. Diese verbesserte sich aber kontinuierlich, sodass nach 1,5 Jahren kein Unterschied mehr zu den nicht-alkoholbedingt Erkrankten bestand. Aus diesen Befunden und dem reichhaltigen Erfahrungsgut zur Alkoholkrankheit wird geschlossen, dass der Genesungsprozess bei alkoholbedingtem Leberversagen viel komplexer ist als bei nicht-alkoholbedingtem Leberversagen. Er könnte wesentlich mehr Zeit erfordern und wird offensichtlich anders erlebt. Dieser Patientengruppe könnten besondere physio- und gesprächstherapeutische Angebote eine große Hilfe sein.
Die Arbeit zeigt, dass es möglich ist, mit wenig Aufwand komplementär zu den klinischen Verlaufsbefunden einen informativen PRO-Bericht zu erhalten. Er hilft Angehörigen und medizinischem Personal, die persönlichen Nöte und Hoffnungen der Patienten besser zu verstehen und gegebenenfalls einen Korrekturbedarf im Umgang zu erkennen. Hinzu kam im vorliegenden Fall die Erkenntnis, dass die alkoholbedingt Erkrankten in ihrem Kranksein anders betroffen waren. Die Gründe dafür sind im Nachhinein plausibel, der Sachverhalt als solcher wäre aber ohne diese Spezialuntersuchung wohl nicht erkannt worden. Das Beispiel der PRO-Ermittlung bei der mHE macht den praktischen Wert einer Berücksichtigung des gesamtheitlichen Gesundheitskonzepts der WHO auch in der technikzentrierten „westlichen Medizin“ deutlich.
Neurodegeneration by α-synuclein-specific T cells in AAV-A53T-α-synuclein Parkinson’s disease mice
(2022)
Background
Antigen-specific neuroinflammation and neurodegeneration are characteristic for neuroimmunological diseases. In Parkinson’s disease (PD) pathogenesis, α-synuclein is a known culprit. Evidence for α-synuclein-specific T cell responses was recently obtained in PD. Still, a causative link between these α-synuclein responses and dopaminergic neurodegeneration had been lacking. We thus addressed the functional relevance of α-synuclein-specific immune responses in PD in a mouse model.
Methods
We utilized a mouse model of PD in which an Adeno-associated Vector 1/2 serotype (AAV1/2) expressing human mutated A53T-α-Synuclein was stereotactically injected into the substantia nigra (SN) of either wildtype C57BL/6 or Recombination-activating gene 1 (RAG1)\(^{-/-}\) mice. Brain, spleen, and lymph node tissues from different time points following injection were then analyzed via FACS, cytokine bead assay, immunohistochemistry and RNA-sequencing to determine the role of T cells and inflammation in this model. Bone marrow transfer from either CD4\(^{+}\)/CD8\(^{-}\), CD4\(^{-}\)/CD8\(^{+}\), or CD4\(^{+}\)/CD8\(^{+}\) (JHD\(^{-/-}\)) mice into the RAG-1\(^{-/-}\) mice was also employed. In addition to the in vivo studies, a newly developed A53T-α-synuclein-expressing neuronal cell culture/immune cell assay was utilized.
Results
AAV-based overexpression of pathogenic human A53T-α-synuclein in dopaminergic neurons of the SN stimulated T cell infiltration. RNA-sequencing of immune cells from PD mouse brains confirmed a pro-inflammatory gene profile. T cell responses were directed against A53T-α-synuclein-peptides in the vicinity of position 53 (68–78) and surrounding the pathogenically relevant S129 (120–134). T cells were required for α-synuclein-induced neurodegeneration in vivo and in vitro, while B cell deficiency did not protect from dopaminergic neurodegeneration.
Conclusions
Using T cell and/or B cell deficient mice and a newly developed A53T-α-synuclein-expressing neuronal cell culture/immune cell assay, we confirmed in vivo and in vitro that pathogenic α-synuclein peptide-specific T cell responses can cause dopaminergic neurodegeneration and thereby contribute to PD-like pathology.
Neurodegeneration plays an essential role in Parkinson’s disease (PD). Several crucial neuronal pro-and antidegeneration markers were described to be altered in disease models accompanied by neurodegeneration. In the AAV1/2-A53T-aSyn PD rat model progressive time-dependent motor impairment and neurodegeneration in the nigrostriatal tract starting from 2 weeks after PD model induction could be found. Downregulation of Nrf2 in SN and nigrostriatal axon localization, a trend of Tau downregulation in SN and upregulation in axon localization in the AAV1/2-A53T-aSyn PD rat model were observed, indicating potential therapeutic value of these two molecular targets in PD. No alterations of SARM1 and NMNAT2 could be detected, indicating little relevance of these two molecules with our AAV1/2-A53T-aSyn rat model.
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.
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.
There is no approved drug for fibromyalgia syndrome (FMS) in Europe. In the German S3 guideline, amitriptyline, duloxetine, and pregabalin are recommended for temporary use. The aim of this study was to cross-sectionally investigate the current practice of medication in FMS patients in Germany. We systematically interviewed 156 patients with FMS, while they were participating in a larger study. The patients had been stratified into subgroups with and without a decrease in intraepidermal nerve fiber density. The drugs most commonly used to treat FMS pain were nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) (41.0% of all patients), metamizole (22.4%), and amitriptyline (12.8%). The most frequent analgesic treatment regimen was “on demand” (53.9%), during pain attacks, while 35.1% of the drugs were administered daily and the remaining in other regimens. Median pain relief as self-rated by the patients on a numerical rating scale (0–10) was 2 points for NSAIDS, 2 for metamizole, and 1 for amitriptyline. Drugs that were discontinued due to lack of efficacy rather than side effects were acetaminophen, flupirtine, and selective serotonin reuptake inhibitors. Reduction in pain severity was best achieved by NSAIDs and metamizole. Our hypothesis that a decrease in intraepidermal nerve fiber density might represent a neuropathic subtype of FMS, which would be associated with better effectiveness of drugs targeting neuropathic pain, could not be confirmed in this cohort. Many FMS patients take “on-demand” medication that is not in line with current guidelines. More randomized clinical trials are needed to assess drug effects in FMS subgroups.
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.
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.
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.
Background:
Methylphenidate (MPH) is the first-line pharmacological treatment of attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). MPH binds to the dopamine (DA) transporter (DAT), which has high density in the striatum. Assessments of the striatal dopamine transporter by single positron emission computed tomography (SPECT) in childhood and adolescent patients are rare but can provide insight on how the effects of MPH affect DAT availability. The aim of our within-subject study was to investigate the effect of MPH on DAT availability and how responsivity to MPH in DAT availability is linked to clinical symptoms and cognitive functioning.
Methods
Thirteen adolescent male patients (9–16 years) with a diagnosis of ADHD according to the DSM-IV and long-term stimulant medication (for at least 6 months) with MPH were assessed twice within 7 days using SPECT after application of I-123-β-CIT to examine DAT binding potential (DAT BP). SPECT measures took place in an on- and off-MPH status balanced for order across participants. A virtual reality continuous performance test was performed at each time point. Further clinical symptoms were assessed for baseline off-MPH.
Results
On-MPH status was associated with a highly significant change (−29.9%) of striatal DAT BP as compared to off-MPH (t = −4.12, p = 0.002). A more pronounced change in striatal DAT BP was associated with higher off-MPH attentional and externalizing symptom ratings (Pearson r = 0.68, p = 0.01). Striatal DAT BP off-MPH, but not on-MPH, was associated with higher symptom ratings (Pearson r = 0.56, p = 0.04).
Conclusion
Our findings corroborate previous reports from mainly adult samples that MPH changes striatal DAT BP availability and suggest higher off-MPH DAT BP, likely reflecting low baseline DA levels, as a marker of symptom severity.
Objective: Gait adaptation to environmental challenges is fundamental for independent and safe community ambulation. The possibility of precisely studying gait modulation using standardized protocols of gait analysis closely resembling everyday life scenarios is still an unmet need.
Methods: We have developed a fully-immersive virtual reality (VR) environment where subjects have to adjust their walking pattern to avoid collision with a virtual agent (VA) crossing their gait trajectory. We collected kinematic data of 12 healthy young subjects walking in real world (RW) and in the VR environment, both with (VR/A+) and without (VR/A-) the VA perturbation. The VR environment closely resembled the RW scenario of the gait laboratory. To ensure standardization of the obstacle presentation the starting time speed and trajectory of the VA were defined using the kinematics of the participant as detected online during each walking trial.
Results: We did not observe kinematic differences between walking in RW and VR/A-, suggesting that our VR environment per se might not induce significant changes in the locomotor pattern. When facing the VA all subjects consistently reduced stride length and velocity while increasing stride duration. Trunk inclination and mediolateral trajectory deviation also facilitated avoidance of the obstacle.
Conclusions: This proof-of-concept study shows that our VR/A+ paradigm effectively induced a timely gait modulation in a standardized immersive and realistic scenario. This protocol could be a powerful research tool to study gait modulation and its derangements in relation to aging and clinical conditions.
Parkinson’s Disease (PD) constitutes a major healthcare burden in Europe. Accounting for aging alone, ~700,000 PD cases are predicted by 2040. This represents an approximately 56% increase in the PD population between 2005 and 2040, with a consequent rise in annual disease‐related medical costs. Gait and balance disorders are a major problem for patients with PD and their caregivers, mainly because to their correlation with falls. Falls occur as a result of a complex interaction of risk factors. Among them, Freezing of Gait (FoG) is a peculiar gait derangement characterized by a sudden and episodic inability to produce effective stepping, causing falls, mobility restrictions, poor quality of life, and increased morbidity and mortality. Between 50–70% of PD patients have FoG and/or falls after a disease duration of 10 years, only partially and inconsistently improved by dopaminergic treatment and Deep Brain Stimulation (DBS). Treatment-induced worsening has been also observed under certain conditions. Effective treatments for gait disturbances in PD are lacking, probably because of the still poor understanding of the supraspinal locomotor network.
In my thesis, I wanted to expand our knowledge of the supraspinal locomotor network and in particular the contribution of the basal ganglia to the control of locomotion. I believe this is a key step towards new preventive and personalized therapies for postural and gait problems in patients with PD and related disorders. In addition to patients with PD, my studies also included people affected by Progressive Supranuclear Palsy (PSP). PSP is a rare primary progressive parkinsonism characterized at a very early disease stage by poor balance control and frequent backwards falls, thus providing an in vivo model of dysfunctional locomotor control.
I focused my attention on one of the most common motor transitions in daily living, the initiation of gait (GI). GI is an interesting motor task and a relevant paradigm to address balance and gait impairments in patients with movement disorders, as it is associated with FoG and high risk of falls. It combines a preparatory (i.e., the Anticipatory Postural Adjustments [APA]) and execution phase (the stepping) and allows the study of movement scaling and timing as an expression of muscular synergies, which follow precise and online feedback information processing and integration into established feedforward patterns of motor control.
By applying a multimodal approach that combines biomechanical assessments and neuroimaging investigations, my work unveiled the fundamental contribution of striatal dopamine to GI in patients with PD. Results in patients with PSP further supported the fundamental role of the striatum in GI execution, revealing correlations between the metabolic intake of the left caudate nucleus with diverse GI measurements. This study also unveiled the interplay of additional brain areas in the motor control of GI, namely the Thalamus, the Supplementary Motor Area (SMA), and the Cingulate cortex. Involvement of cortical areas was also suggested by the analysis of GI in patients with PD and FoG. Indeed, I found major alterations in the preparatory phase of GI in these patients, possibly resulting from FoG-related deficits of the SMA. Alterations of the weight shifting preceding the stepping phase were also particularly important in PD patients with FoG, thus suggesting specific difficulties in the integration of somatosensory information at a cortical level. Of note, all patients with PD showed preserved movement timing of GI, possibly suggesting preserved and compensatory activity of the cerebellum. Postural abnormalities (i.e., increased trunk and thigh flexion) showed no relationship with GI, ruling out an adaptation of the motor pattern to the altered postural condition. In a group of PD patients implanted with DBS, I further explored the pathophysiological functioning of the locomotor network by analysing the timely activity of the Subthalamic Nucleus (STN) during static and dynamic balance control (i.e., standing and walking). For this study, I used novel DBS devices capable of delivering stimulation and simultaneously recording Local Field Potentials (LFP) of the implanted nucleus months and years after surgery. I showed a gait-related frequency shift in the STN activity of PD patients, possibly conveying cortical (feedforward) and cerebellar (feedback) information to mesencephalic locomotor areas. Based on this result, I identified for each patient a Maximally Informative Frequency (MIF) whose power changes can reliably classify standing and walking conditions. The MIF is a promising input signal for new DBS devices that can monitor LFP power modulations to timely adjust the stimulation delivery based on the ongoing motor task (e.g., gait) performed by the patient (adaptive DBS).
Altogether my achievements allowed to define the role of different cortical and subcortical brain areas in locomotor control, paving the way for a better understanding of the pathophysiological dynamics of the supraspinal locomotor network and the development of tailored therapies for gait disturbances and falls prevention in PD and related disorders.
Fabry Disease (FD) is a genetic lysosomal storage disorder based on mutations in the gene encoding α-Galactosidase A (α-GalA) leading to accumulation of globotriaosylceramide (Gb3). Missense mutations induce an amino acid exchange (AAE) in the α-GalA. Pain is a predominant symptom in FD and the pathophysiology is unclear. Skin punch biopsies were obtained from 40 adult FD patients and ten healthy controls and dermal fibroblast cultures were generated for cell culture experiments to investigate Gb3 load, gene and protein expression patterns and ion channel activity. The 3D-structure of α-GalA was downloaded into Pymol Graphics System and the AAE was depicted and located in order to investigate the correlation between the AAE location type in the α-GalA and the clinical FD phenotype.
FD dermal fibroblasts showed high Gb3 load depending on treatment interval and expressed Kca1.1 channels. Activity was reduced in FD cells at baseline, but increased over-proportionately upon Gb3-cleavage by enzyme replacement therapy. Gene and protein expression of Kca1.1 was increased in FD cells. FD dermal fibroblasts showed higher gene expression of Notch1 and several cytokines. Further, it was shown that three different AAE location types can be differentiated: mutations in the active site (‘active site’), those buried in the core of α-GalA (‘buried’) and those at another location, mostly on the protein surface (‘other’). FD patients carrying active site or buried mutations showed a severe clinical phenotype with multi-organ manifestation and early disease onset. Patients with other mutations were less severely affected with oligo-organ manifestation sparing the nervous system and later disease onset.
These results show that dermal fibroblasts may be involved in FD-associated pain and that stratification of FD patients carrying missense mutations by AAE location type may be an advantageous parameter that can help in the management of FD patients.
In dieser Dissertation untersuchten wir die neuronalen Korrelate des Training-Effektes einer auditorischen P300 Gehirn-Computer Schnittstelle mittels fMRI Analyse in einem prä-post Design mit zehn gesunden Testpersonen. Wir wiesen in drei Trainings-sitzungen einen Trainingseffekt in der EEG-Analyse der P300 Welle nach und fanden entsprechende Kontraste in einer prä-post Analyse von fMRI Daten, wobei in allen fünf Sitzungen das gleiche Paradigma verwendet wurde. In der fMRI Analyse fanden wir fol-gende Ergebnisse: in einem Target-/ Nichttarget Kontrast zeigte sich verstärkte Aktivie-rung in Generatorregionen der P300 Welle (temporale und inferiore frontale Regionen) und interessanterweise auch in motorassoziierten Arealen, was höhere kognitiver Pro-zesse wie Aufmerksamkeitslenkung und Arbeitsspeicher widerspiegeln könnte. Der Kon-trast des Trainingseffektes zeigte nach dem Training einen stärkeren Rebound Effekt im Sinne einer verstärkten Aktivierung in Generatorregionen der P300 Welle, was eine ver-besserte Erkennung und Prozessierung von Target-Stimuli reflektieren könnte. Eine Ab-nahme von Aktivierung in frontalen Arealen in diesem Kontrast könnte durch effizientere Abläufe kognitiver Prozesse und des Arbeitsgedächtnis erklärt werden.
Regional iron accumulation and α‐synuclein (α‐syn) spreading pathology within the central nervous system are common pathological findings in Parkinson's disease (PD). Whereas iron is known to bind to α‐syn, facilitating its aggregation and regulating α‐syn expression, it remains unclear if and how iron also modulates α‐syn spreading. To elucidate the influence of iron on the propagation of α‐syn pathology, we investigated α‐syn spreading after stereotactic injection of α‐syn preformed fibrils (PFFs) into the striatum of mouse brains after neonatal brain iron enrichment. C57Bl/6J mouse pups received oral gavage with 60, 120, or 240 mg/kg carbonyl iron or vehicle between postnatal days 10 and 17. At 12 weeks of age, intrastriatal injections of 5‐µg PFFs were performed to induce seeding of α‐syn aggregates. At 90 days post‐injection, PFFs‐injected mice displayed long‐term memory deficits, without affection of motor behavior. Interestingly, quantification of α‐syn phosphorylated at S129 showed reduced α‐syn pathology and attenuated spreading to connectome‐specific brain regions after brain iron enrichment. Furthermore, PFFs injection caused intrastriatal microglia accumulation, which was alleviated by iron in a dose‐dependent way. In primary cortical neurons in a microfluidic chamber model in vitro, iron application did not alter trans‐synaptic α‐syn propagation, possibly indicating an involvement of non‐neuronal cells in this process. Our study suggests that α‐syn PFFs may induce cognitive deficits in mice independent of iron. However, a redistribution of α‐syn aggregate pathology and reduction of striatal microglia accumulation in the mouse brain may be mediated via iron‐induced alterations of the brain connectome.
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.
Die hohe Mortalität und hohe Rate an Langzeitbehinderungen nach einem erlittenen Schlaganfall verdeutlichen die Relevanz bestmöglicher Akutversorgung bei Schlaganfallpatienten. Daher ist es unentbehrlich, dass die Akuttherapie bei Schlaganfall stets überprüft und bei Bedarf optimiert wird. Der Großteil der Studien, die sich mit Verbesserungsmaßnahmen in der akuten Schlaganfallversorgung befassen, wird in großen städtischen Krankenhäusern bzw. Universitätsklinika durchgeführt. Studien zu diesem Sachverhalt, die in ländlichen Kliniken durchgeführt wurden, sind noch begrenzt vorhanden. Mit dieser Studie evaluieren wir, ob sich durch die Implementierung neuer Optimierungsmaßnahmen Verbesserungen in den relevanten Qualitätsindikatoren ergeben. Die Ergebnisse sind daher von besonderer Bedeutung, da es für nicht-universitäre Kliniken nur eine begrenzte Anzahl an Studien gibt, die sich mit dieser Thematik beschäftigen.