Neurologische Klinik und Poliklinik
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- Wurzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), Wurzburg, Germany (1)
- Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), University of Würzburg, Würzburg, Germany (1)
microRNA-Genexpressionsprofile in Blut-, Haut- und Nervenproben von Patienten mit Polyneuropathien
(2020)
Die Polyneuropathie (PNP) ist die häufigste Störung des peripheren Nervensystems bei Erwachsenen. Die Suche nach der Ursache bleibt in vielen Fällen erfolglos, ist aber unverzichtbar, da die Therapiewahl von der Ätiologie der Erkrankung abhängt. Geeignete Biomarker könnten die Differentialdiagnose unter Umständen erleichtern. microRNAs (miRNAs) sind in dieser Hinsicht vielversprechend, da in vielen Studien bei Nervende- und regenerationsprozessen sowie in neuropathischen Schmerzmodellen eine Dysregulation beschrieben wurde.
In dieser Studie wurde die Expression zweier miRNAs, miR-103a und miR-let-7d, sowie eines Zielmoleküls der miR-103a, des Kalziumkanals Cav1,2, in einer großen Kohorte von PNP-Patienten unterschiedlicher Ätiologie in Blut, Haut- und Nervenbiopsien untersucht. Insgesamt wurden 116 Patienten und 22 Kontroll-probanden in die Studie eingeschlossen. Nach der Isolation von RNA aus weißen Blutzellen (WBC), Haut- und Nervenbiopsien folgte die Expressionsbestimmung mittels qRT-PCR.
Während sich jeweils Unterschiede zwischen PNP-Patienten und Kontrollen und zwischen Patienten mit entzündlicher und solchen mit nicht-entzündlicher PNP zeigten, wurden keine Unterschiede in der Expression zwischen den ätiologischen Subgruppen oder zwischen Patienten mit schmerzhafter und schmerzloser PNP festgestellt. In den Nervenbiopsien der Patientenkohorte ergab sich eine inverse Korrelation der miR-103a und ihrem Zielgen Cacna1c, die darauf hinweisen könnte, dass Cacna1c von der miR-103a negativ reguliert wird.
Da in unserer Patientenkohorte keine Unterschiede zwischen den PNP-Subgruppen auftraten, scheint der Einsatz der miR-103a und miR-let-7d als diagnostische Biomarker zur ätiologischen Einordnung einer PNP nicht gerechtfertigt. Dennoch deuten unsere Ergebnisse auf eine mögliche Rolle der untersuchten miRNAs bei Entstehung und Verlauf von PNP hin. Für ein tieferes pathophysiologisches Verständnis der miRNAs vor allem bei entzündlichen Neuropathien, könnte die Untersuchung von weiteren miRNAs und Zielgenen Aufschluss geben.
Both nerve injury and complex regional pain syndrome (CRPS) can result in chronic pain. In traumatic neuropathy, the blood nerve barrier (BNB) shielding the nerve is impaired—partly due to dysregulated microRNAs (miRNAs). Upregulation of microRNA-21-5p (miR-21) has previously been documented in neuropathic pain, predominantly due to its proinflammatory features. However, little is known about other functions. Here, we characterized miR-21 in neuropathic pain and its impact on the BNB in a human-murine back translational approach. MiR-21 expression was elevated in plasma of patients with CRPS as well as in nerves of mice after transient and persistent nerve injury. Mice presented with BNB leakage, as well as loss of claudin-1 in both injured and spared nerves. Moreover, the putative miR-21 target RECK was decreased and downstream Mmp9 upregulated, as was Tgfb. In vitro experiments in human epithelial cells confirmed a downregulation of CLDN1 by miR-21 mimics via inhibition of the RECK/MMP9 pathway but not TGFB. Perineurial miR-21 mimic application in mice elicited mechanical hypersensitivity, while local inhibition of miR-21 after nerve injury reversed it. In summary, the data support a novel role for miR-21, independent of prior inflammation, in elicitation of pain and impairment of the BNB via RECK/MMP9.
Axon degeneration and functional decline in myelin diseases are often attributed to loss of myelin but their relation is not fully understood. Perturbed myelinating glia can instigate chronic neuroinflammation and contribute to demyelination and axonal damage. Here we study mice with distinct defects in the proteolipid protein 1 gene that develop axonal damage which is driven by cytotoxic T cells targeting myelinating oligodendrocytes. We show that persistent ensheathment with perturbed myelin poses a risk for axon degeneration, neuron loss, and behavioral decline. We demonstrate that CD8\(^+\) T cell-driven axonal damage is less likely to progress towards degeneration when axons are efficiently demyelinated by activated microglia. Mechanistically, we show that cytotoxic T cell effector molecules induce cytoskeletal alterations within myelinating glia and aberrant actomyosin constriction of axons at paranodal domains. Our study identifies detrimental axon-glia-immune interactions which promote neurodegeneration and possible therapeutic targets for disorders associated with myelin defects and neuroinflammation.
Wir untersuchten die zerebrale Aktivierung von Patienten mit Fibromyalgie-Syndrom (FMS) mittels funktioneller Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS). Das FMS ist ein Symptomenkomplex aus Schmerzen in mehreren Körperregionen sowie weiteren körperlichen und seelischen Beschwerden, wie Schlafstörungen, kognitiven Defiziten und Depressionen. Die fNIRS ist eine neue, nicht-invasive Technik, die eine indirekte Messung der regionalen kortikalen Hirnaktivierung erlaubt.
Es wurden 25 FMS-Patienten, 10 MD-Patienten ohne Schmerzen und 35 gesunde Kontrollen in die Studie eingeschlossen. Alle Patienten wurden klinisch-neurologisch untersucht. Darüber hinaus füllten alle Teilnehmer Fragebögen zu Schmerzen (GCPS, NPSI), FMS-Symptomen (FIQ), Depressionen (BDI II, ADS) und Empathiefähigkeit (SPF) aus. Die kortikale Aktivierung wurde unter drei Stimulations-Bedingungen mittels fNIRS gemessen: 1.) Anwendung mechanischer (Druck-) Schmerzreize auf den dorsalen Unterarm; 2.) Anwendung visuell-emotionaler Reize in Form von neutralen, negativen und Schmerz-assoziierten Bildern; 3.) Wortflüssigkeitstest. Ergänzend wurden die unter 2.) präsentierten Bilder bewertet sowie ein Zahlenverbindungstest durchgeführt.
FMS-Patienten hatten in den Schmerzfragebögen und im FIQ-Fragebogen deutlich höhere Werte als MD-Patienten und Kontrollen (p < 0,001). In den Depressionsfragebögen erreichten FMS-Patienten ähnlich hohe Werte wie MD-Patienten. Die Empathiefähigkeit war bei FMS-Patienten tendenziell stärker ausgeprägt als bei MD-Patienten und Kontrollen. FMS-Patienten zeigten niedrigere Druckschmerzschwellen bei gleicher Schmerzintensität als MD-Patienten und Kontrollen (p < 0,001). Auf einen unilateralen schmerzhaften Druckreiz reagierten FMS-Patienten mit einer verstärkten bilateralen kortikalen Aktivierung, die sich im Vergleich zu Kontrollen insbesondere im rechten präfrontalen Kortex (p < 0,05) sowie zu MD-Patienten bilateral im Frontalkortex unterschied (p < 0,05). Auf einen Druckreiz der gleichen Stärke, der für FMS-Patienten schmerzhaft, aber für Zusatzkontrollen schmerzfrei war, zeigten FMS-Patienten im Vergleich zu diesen eine verstärkte Aktivierung im linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (p < 0,05). Der kortikale Aktivierungsunterschied bei Schmerz-assoziierten versus neutralen Bildern war bei FMS-Patienten im linken präfrontalen Kortex wesentlich ausgeprägter als bei Kontrollen (p < 0,05), während die Schmerz-assoziierten Bilder von FMS-Patienten weniger unangenehm bewertet wurden als von Kontrollen. Der Aktivierungsunterschied bei negativen versus neutralen Bildern war bei MD-Patienten im linken Frontalkortex wesentlich geringer ausgeprägt als bei FMS-Patienten und Kontrollen (p < 0,05). Im Wortflüssigkeitstest und im Zahlenverbindungstest konnten keine kognitiven Defizite bzw. Aktivierungsunterschiede zwischen FMS-Patienten und Kontrollen gefunden werden. Allerdings zeigten MD-Patienten in beiden Bedingungen des Wortflüssigkeitstests eine geringere frontale Aktivierung als FMS-Patienten und Kontrollen (p < 0,05).
Diese Studie belegt die veränderte zentrale Schmerzverarbeitung bei FMS-Patienten und zeigt, dass diese mittels fNIRS messbar ist. FMS-Patienten zeigten stärkere Aktivierungen Schmerz-assoziierter Hirnareale während mechanischer und visueller Schmerzstimuli im Vergleich zu gesunden Kontrollen. Zudem bestätigt diese Studie die Unterscheidung zwischen FMS und Depression.
Inflammation is crucial in the pathophysiology of stroke and thus a promising therapeutic target. High-frequency stimulation (HFS) of the mesencephalic locomotor region (MLR) reduces perilesional inflammation after photothrombotic stroke (PTS). However, the underlying mechanism is not completely understood. Since distinct neural and immune cells respond to electrical stimulation by releasing acetylcholine, we hypothesize that HFS might trigger the cholinergic anti-inflammatory pathway via activation of the α7 nicotinic acetylcholine receptor (α7nAchR). To test this hypothesis, rats underwent PTS and implantation of a microelectrode into the MLR. Three hours after intervention, either HFS or sham-stimulation of the MLR was applied for 24 h. IFN-γ, TNF-α, and IL-1α were quantified by cytometric bead array. Choline acetyltransferase (ChAT)\(^+\) CD4\(^+\)-cells and α7nAchR\(^+\)-cells were quantified visually using immunohistochemistry. Phosphorylation of NFĸB, ERK1/2, Akt, and Stat3 was determined by Western blot analyses. IFN-γ, TNF-α, and IL-1α were decreased in the perilesional area of stimulated rats compared to controls. The number of ChAT\(^+\) CD4\(^+\)-cells increased after MLR-HFS, whereas the amount of α7nAchR\(^+\)-cells was similar in both groups. Phospho-ERK1/2 was reduced significantly in stimulated rats. The present study suggests that MLR-HFS may trigger anti-inflammatory processes within the perilesional area by modulating the cholinergic system, probably via activation of the α7nAchR.
Connexin32- defiziente Mäuse stellen ein Mausmodell für eine Form der hereditären peripheren Neuropahtie dar. Es konnte gezeigt werden, dass Makrophagen, möglicherweise aktiviert durch MCP-1, die Demyelinisierung in Connexin32-defizienten Mäusen vermitteln. Diese Arbeit untersucht mögliche Signaltransduktionswege, die in den peripheren Nerven Connexin32- defizienter Mäuse aktiviert sein könnten und damit in Zusammenhang mit der Genexpression von MCP-1 und/oder Makrophagen-Aktivierung stehen könnten.
The mechanisms of mechanical energy recovery during gait have been thoroughly investigated in healthy subjects, but never described in patients with Parkinson disease (PD). The aim of this study was to investigate whether such mechanisms are preserved in PD patients despite an altered pattern of locomotion. We consecutively enrolled 23 PD patients (mean age 64±9 years) with bilateral symptoms (H&Y ≥II) if able to walk unassisted in medication-off condition (overnight suspension of all dopaminergic drugs). Ten healthy subjects (mean age 62±3 years) walked both at their ‘preferred’ and ‘slow’ speeds, to match the whole range of PD velocities. Kinematic data were recorded by means of an optoelectronic motion analyzer. For each stride we computed spatio-temporal parameters, time-course and range of motion (ROM) of hip, knee and ankle joint angles. We also measured kinetic (Wk), potential (W\(_{p}\)), total (W\(_{totCM}\)) energy variations and the energy recovery index (ER). Along with PD progression, we found a significant correlation of W\(_{totCM}\) and W\(_{p}\) with knee ROM and in particular with knee extension in terminal stance phase. W\(_{k}\) and ER were instead mainly related to gait velocity. In PD subjects, the reduction of knee ROM significantly diminished both W\(_{p}\) and W\(_{totCM}\). Rehabilitation treatments should possibly integrate passive and active mobilization of knee to prevent a reduction of gait-related energetic components.
The calpain inhibitor MDL-28710 blocks the early local pro-inflammatory cytokine gene expression in mice after chronic constriction nerve injury (CCI). Onehundred- thirteen wild type mice of C57Bl/6J background received CCI of the right sciatic nerve. Mechanical paw withdrawal thresholds and thermal withdrawal latencies were investigated at baseline and at 1, 3, and 7 days after CCI. Three application regimens were used for MDL-28170: a) single injection 40 min before CCI; b) serial injections of MDL- 28170 40 min before and up to day three after CCI; c) sustained application via intraperitoneal osmotic pumps. The control animals received the vehicle DMSO/PEG 400. The tolerable dose of MDL-28170 for mice was 30 mg/kg body weight, higher doses were lethal within the first hours after application. Mechanical withdrawal thresholds and thermal withdrawal latencies were reduced after CCI and did not normalize after single or serial injections, nor with application of MDL-28170 via osmotic pumps. Although the calpain inhibitor MDL-28170 inhibits the early local cytokine upregulation in the sciatic nerve after CCI, pain behavior is not altered. This finding implies that local cytokine upregulation after nerve injury alone is only one factor in the induction and maintenance of neuropathic pain.
Immune-mediated polyneuropathies like chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy or Guillain-Barré syndrome are rare diseases of the peripheral nervous system. A subgroup of patients harbors autoantibodies against nodal or paranodal antigens, associated with a distinct phenotype and treatment response. In a part of patients with pathologic paranodal or nodal immunoreactivity the autoantigens remain difficult or impossible to determine owing to limitations of the used detection approach - usually ELISAs (enzyme-linked-immunosorbent-assays) - and incomplete knowledge of the possible autoantigens. Due to their high-throughput, low sample consumption and high sensitivity as well as the possibility to display many putative nodal and paranodal autoantigens simultaneously, peptide microarray-based approaches are prime candidates for the discovery of novel autoantigens, point-of-care diagnostics and, in addition, monitoring of pathologic autoimmune response. Current applications of peptide microarrays are however limited by high false-positive rates and the associated need for detailed follow-up studies and validation. Here, robust peptide microarray-based detection of antibodies and the efficient validation of binding signals by on-chip neutralization is demonstrated. First, autoantigens were displayed as overlapping peptide libraries in microarray format. Copies of the biochips were used for the fine mapping of antibody epitopes. Next, binding signals were validated by antibody neutralization in solution. Since neutralizing peptides are obtained in the process of microarray fabrications, neither throughput nor costs are significantly altered. Similar in-situ validation approaches could contribute to future autoantibody characterization and detection methods as well as to therapeutic research. Areas of application could be expanded to any autoimmune-mediated neurological disease as a long-term vision.
Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a non-invasive brain stimulation technique that has the potential to treat a variety of neurologic and psychiatric disorders. The extent of rTMS-induced neuroplasticity may be dependent on a subject’s brain state at the time of stimulation. Chronic low intensity rTMS (LI-rTMS) has previously been shown to induce beneficial structural and functional reorganisation within the abnormal visual circuits of ephrin-A2A5\(^{-/-}\) mice in ambient lighting. Here, we administered chronic LI-rTMS in adult ephrin-A2A5\(^{-/-}\) mice either in a dark environment or concurrently with voluntary locomotion. One day after the last stimulation session, optokinetic responses were assessed and fluorescent tracers were injected to map corticotectal and geniculocortical projections. We found that LI-rTMS in either treatment condition refined the geniculocortical map. Corticotectal projections were improved in locomotion+LI-rTMS subjects, but not in dark + LI-rTMS and sham groups. Visuomotor behaviour was not improved in any condition. Our results suggest that the beneficial reorganisation of abnormal visual circuits by rTMS can be significantly influenced by simultaneous, ambient visual input and is enhanced by concomitant physical exercise. Furthermore, the observed pathway-specific effects suggest that regional molecular changes and/or the relative proximity of terminals to the induced electric fields influence the outcomes of LI-rTMS on abnormal circuitry.
Der Schreibkrampf ist eine Form der fokalen Handdystonie, die durch anhaltende, unwillkürliche Verkrampfung der Hand beim Schreiben gekennzeichnet ist und zu unnatürlicher, zum Teil statischer und schmerzhafter Handhaltung führt. Bei prädisponierten Personen kann dieser nach exzessiver Wiederholung von stereotypen Bewegungen auftreten. Bewegungen und sensible Stimulation führen durch Mechanismen neuronaler Plastizität zu dynamischer Modulation sensibler und motorischer kortikaler Repräsentationen. Wird neuronale Plastizität nicht in natürlichen Grenzen gehalten, kann es zu veränderten, entdifferenzierten neuronalen Repräsentationen wie sie bei fokaler Handdystonie gefunden werden, führen. Zelluläre Kandidatenmechanismen für die Bildung neuronaler Engramme sind die Langzeitpotenzierung und –depression (LTP / LTD) neuronaler Synapsen. Wir verwendeten die als ein Modell für assoziative LTP und LTD beim Menschen entwickelte assoziative Paarstimulation (PAS). Mit dieser Methode untersuchten wir die zeitlichen und räumlichen Eigenschaften neuronaler Plastizität des Motorkortex bei Schreibkrampf-Patienten. Eine niederfrequente elektrische Stimulation eines peripheren Nerven (N. medianus (MN) oder N. ulnaris (UN)) wurde wiederholt (0,1Hz, 180 Reizpaare) mit einer transkraniellen Magnetstimulation (TMS) über dem homotopen kontralateralen Motorkortex mit einem Zeitintervall von 21,5ms (MN-PAS21.5; UN-PAS21.5) oder 10ms (MN-PAS10) kombiniert. Bei MN-PAS21.5 und MN-PAS10 wurde die optimale Spulenposition so gewählt, dass das magnetisch evozierte motorische Potential (MEP) im kontralateralen M. abductor pollicis brevis (APB) eine maximale Größe annahm, für UN-PAS21.5 wurde die Spule über dem "Hotspot" des M. abductor digiti minimi (ADM) platziert. Zehn Schreibkrampf-Patienten (Alter 39±9 Jahre; Mittelwert±Standardabweichung) und 10 gesunde bezüglich Alter und Geschlecht angepasste Probanden wurden untersucht. Veränderungen der Exzitabilität wurden mittels TMS bis zu 85 min nach der jeweiligen Intervention gemessen. Nach MN-PAS21.5 oder UN-PAS21.5 stieg die Amplitude der MEPs bei den gesunden Probanden nur in den Muskeln, die homotope externe PAS Stimulation erhalten hatten (APB Zielmuskel für MN; ADM für UN), nicht aber in Muskeln, die nicht homotop stimuliert worden waren. Im Gegensatz dazu stiegen bei Schreibkrampf-Patienten nach MN-PAS21.5 oder UN-PAS21.5 die Amplituden der APB und ADM-MEPs unabhängig von dem Ort der peripheren oder zentralen Stimulation. Bei Schreibkrampf-Patienten war eine frühere, stärkere und längere Zunahme der kortikalen Exzitabilität im Vergleich zu den Kontrollen zu verzeichnen. Qualitativ ähnliche Beobachtungen konnten in umgekehrtem Sinne (frühere und längere Abnahme der Exzitabilität im homo- und heterotopen Muskel) nach MN-PAS10 gemacht werden. LTP- und LTD-ähnliche Plastizität ist bei Schreibkrampf-Patienten demnach gesteigert und die normale strenge topographische Spezifität PAS-induzierter Plastizität aufgehoben. Diese maladaptive Plastizität könnte ein Bindeglied zwischen repetitiven Bewegungen und gestörter sensomotorischer Repräsentation darstellen, damit zu einem besseren Verständnis der Pathophysiologie der Dystonie beitragen und letztendlich mögliche therapeutische Konsequenzen implizieren.
Unlike other organs the nervous system is secluded from the rest of the organism by the blood brain barrier (BBB) or blood nerve barrier (BNB) preventing passive influx of fluids from the circulation. Similarly, leukocyte entry to the nervous system is tightly controlled. Breakdown of these barriers and cellular inflammation are hallmarks of inflammatory as well as ischemic neurological diseases and thus represent potential therapeutic targets. The spatiotemporal relationship between BBB/BNB disruption and leukocyte infiltration has been a matter of debate. We here review contrast-enhanced magnetic resonance imaging (MRI) as a non-invasive tool to depict barrier dysfunction and its relation to macrophage infiltration in the central and peripheral nervous system under pathological conditions. Novel experimental contrast agents like Gadofluorine M (Gf) allow more sensitive assessment of BBB dysfunction than conventional Gadolinium (Gd)-DTPA enhanced MRI. In addition, Gf facilitates visualization of functional and transient alterations of the BBB remote from lesions. Cellular contrast agents such as superparamagnetic iron oxide particles (SPIO) and perfluorocarbons enable assessment of leukocyte (mainly macrophage) infiltration by MR technology. Combined use of these MR contrast agents disclosed that leukocytes can enter the nervous system independent from a disturbance of the BBB, and vice versa, a dysfunctional BBB/BNB by itself is not sufficient to attract inflammatory cells from the circulation. We will illustrate these basic imaging findings in animal models of multiple sclerosis, cerebral ischemia, and traumatic nerve injury and review corresponding findings in patients.
Background:
To analyze whether magnesium has a neuroprotective effect during episodes that indicate a critical brain perfusion after aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH).
Methods:
107 patients with aSAH were randomized to continuously receive intravenous magnesium sulfate with target serum levels of 2.0 – 2.5 mmol/l (n = 54) or isotonic saline (n = 53). Neurological examination and transcranial Doppler sonography (TCD) were performed daily, Perfusion-CT (PCT) was acquired in 3-day intervals, angiography in case of suspected vasospasm. The primary endpoint was the development of secondary infarction following episodes of delayed ischemic neurological deficit (DIND), elevated mean flow velocity (MFV) in TCD or pathological findings in PCT.
Results:
In the magnesium group, 9 episodes of DIND were registered, none was followed by secondary infarction. In the control group, 23 episodes of DIND were registered, 9 were followed by secondary infarction (p < 0.05). In the magnesium group, 114 TCD-measurements showed an elevated MFV(> 140 cm/s). 7 were followed by new infarction. In control patients, 135 measurements showed elevated MFV, 32 were followed by new infarction (p < 0.05). 10 of 117 abnormal PCT-findings were followed by new infarction, compared to 30 of 122 in the control-group (p < 0.05).
Conclusion:
DIND, elevated MFV in TCD and abnormal PCT are findings which are associated with an increased risk to develop delayed secondary infarction. The results of this analysis suggest that magnesium-treatment may reduce the risk to develop infarction in a state of critical brain perfusion.
Über die Nervensonographie wurde bereits in den 1980er Jahren erstmals berichtet. Die rasche Weiterentwicklung der Technik hat dazu geführt, dass es inzwischen zahlreiche Fallberichte und einige Studien gibt, die sich mit der Darstellung peripherer Nerven durch Ultraschall als Mittel zur Diagnose verschiedener Nervpathologien beschäftigen. Besonders bei der Diagnostik des epidemiologisch häufigen Karpaltunnelsyndroms ist die sonographische Beurteilung des N. medianus in dieser Lokalisation vielerorts bereits etablierter Bestandteil der Diagnostik.
In der hier vorgelegten Studie sollte der Stellenwert der B-Bild-Sonographie peripherer Nerven am Unterschenkel für die Diagnose einer Vaskulitischen Neuropathie geprüft werden. Dazu musste zunächst die Ultraschalluntersuchung spezieller Nerven am Unterschenkel etabliert werden. Diese ist technisch deutlich anspruchsvoller als die Darstellung von Karpaltunnelsyndrom oder Armplexus.
Durch die fünfmalige Untersuchung zehn junger Personen wurden ultraschalltechnisch leicht reproduzierbar anatomisch auffindbare und Anisotropie-vermeidende Abschnitte von N. suralis, N. peroneus communis, profundus, superfcialis und N. tibialis definiert und als Messpunkte der Studie zu Grunde gelegt.
In die von der Ethikkommission der Medizinischen Fakultät positiv beschiedene Studie wurden 26 Patienten/-innen, die klinisch und elektrophysiologisch nachgewiesen eine Polyneuropathie hatten und bei denen zur Ursachendiagnostik eine Biopsie und histologische Aufarbeitung des N. suralis durchgeführt wurde (Abteilung für Neuropathologie des Pathologischen Instituts der Universität sowie Histologielabor der Neurologischen Universitätsklinik), sowie 26 Kontrollpersonen ohne klinischen Hinweis auf eine Polyneuropathie nach informiertem Einverständnis aufgenommen. Für jede/-n Patienten/-in wurde ein/-e Proband/-in gleichen Geschlechts mit einem Altersunterschied von höchstens fünf Jahren in die Kontrollgruppe aufgenommen. Alle 52 Untersuchten mussten erwachsen und 160 – 180 cm groß sein.
Bei allen Patienten/-innen und Kontrollpersonen wurden jeweils der GD, der KD, der LD und die QSF des N. suralis am unteren Drittel der Wade und distal im Bereich des Außenknöchels, des N. tibialis nahe des Innenknöchels, des N. peroneus communis im Bereich des Fibulaköpfchens, des N. peroneus profundus am Fußrücken und nahe der Großzehen und des N. peroneus superficialis im Bereich des distalen Schienbeins bestimmt.
Alle gesuchten Nerven waren bei allen Versuchspersonen eindeutig identifizierbar. Die Untersuchungen wurden durch eine Untersucherin mit demselben Gerät, geblindet für das Ergebnis der Histologie, durchgeführt. Das gewährleistete eine Konstanz in der schwierigen und mit Unsicherheiten behafteten Messung der Nervenstrukturen, was ausführlich diskutiert wird.
Ein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den sonographisch erhobenen Messdaten der PNP-Gruppe und der Kontrollgruppe konnte bei 20 der 28 Parameter gezeigt werden. Bei 11 der 28 Parameter konnte zwischen Vaskulitis-Patienten/-innen und allen anderen, also PNP-Patienten/-innen und der Kontrollgruppe, ein statistisch signifikanter Unterschied festgestellt werden. Außerdem ergab die statistische Analyse bei drei der 28 Messgrößen einen statistisch signifikanten Unterschied zwischen Patienten/-innen mit und ohne Demyelinisierung des N. suralis in der feingeweblichen Untersuchung.
Die sonographischen Ergebnisse der Vakulitis-Patienten/-innen unterschieden sich nicht von denen der PNP-Patienten/-innen mit anderer Ätiologie. Es wurde auch kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Werten der PNP-Patienten/-innen mit und ohne histologisch gesicherte entzündliche Komponente beobachtet.
Gemäß der histologischen Untersuchung der Biopsate wurde bei sechs Patienten/-innen eine Vaskulitis diagnostiziert. Bei fünf dieser Patienten/-innen fielen teilweise Kalibersprünge im Sinne einer Zunahme der QSF oder Abflachung im Verlauf des N. suralis, N. peroneus superficialis und N. peroneus communis auf. Aber auch bei Patienten/-innen mit einer anderen Form der Polyneuropathie und einigen Kontrollpersonen waren Besonderheiten im sonographischen Bild einzelner Nerven zu beobachten.
Mit der vorgelegten Untersuchung konnte zwar nicht gezeigt werden, dass die Nervensonographie einen Beitrag zur differentialdiagnostischen Abgrenzung Vaskulitischer Polyneuropathien leisten kann, der den Goldstandard invasiver Nervenbiopse entbehrlich machen könnte. Das war bei der histologischen Unterschiedlichkeit der beschädigten Nervenanatomie bei Vaskulitis aber auch nicht ernsthaft zu erwarten.
Die vorgelegte Arbeit zeigt aber auch, dass kranke periphere Nerven von gesunden Nerven im Ultraschall unterscheidbar sind, wenn man wie hier systematisch mit 28 Parametern an sieben Messpunkten untersucht. Dies allerdings dauert auch für einen Geübten 40 bis 60 Minuten, so dass die Polyneuropathiediagnostik oder gar Differentialdiagnostik mittels Ultraschall aktuell noch als Forschungsinstrument an großen Fallzahlen anzusehen ist.
Dabei wird es künftig für die Gruppenbildung der sonographisch Untersuchten neben ätiologischer und histologischer Gruppenbildung darauf ankommen, das Krankheitsbild besser zu definieren, d.h. Ausmaß von Demyelinisierung, Remyelinisierung und axonalem Untergang in geeignete Skalen zu fassen.
Auch die Magnetresonanztomographie stellt eine Option als diagnostischer Baustein bei Vaskulitischer Polyneuropathie dar. Dieses bildgebende Verfahren kann bereits zur Diagnostik von traumatischen Nervverletzungen, Kompressionensyndromen, Raumforderungen im Bereich der Nerven und Plexusneuritis eingesetzt werden.
LTD-artige zentralmotorische Plastizität im Schubereignis bei Patienten mit Multipler Sklerose
(2019)
Die Multiple Sklerose ist eine chronisch entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems. Durch ein komplexes Zusammenspiel von Genetik, Autoimmunvorgängen und proinflammatorischen Prozessen kommt es zur Demyelinisierung sowie zu axonalen Schäden und kortikalen Läsionen (Calabrese et al., 2010; Ciccarelli et al., 2014; International Multiple Sclerosis Genetics et al., 2011; Leray et al., 2015). In den Industrieländern ist diese Erkrankung eine der häufigsten Ursachen für langfristige Behinderung bereits im frühen Lebensalter (Flores-Alvarado, Gabriel-
46 Ortiz, Pacheco-Mois, & Bitzer-Quintero, 2015). Die Diskrepanz allerdings zwischen klinischer Symptomatik und den Befunden der Bildgebung (Barkhof, 2002) gibt Anlass dafür, Adaptionsmöglichkeiten detailliert zu erforschen. Vorgänge der Neuroplastizität mit LTP und LTD als Basismechanismen erscheinen dabei zunehmend Beachtung zu finden (Dayan & Cohen, 2011; Zeller et al., 2011). Welche Rolle diese Prozesse allerdings im akuten Schub, während der häufig stark ausgeprägten Symptomatik, insbesondere aber auch während ihrer Rückbildung spielen, bleibt bisher weitgehend ungeklärt. Eine Untersuchung zu stimulationsinduzierter LTP-artiger Plastizität im Schub deutete auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Ausmaß der Symptomrückbildung und PAS25-induziertem LTP-Effekt hin (Mori et al., 2014).
In der vorliegenden Arbeit wurde komplementär hierzu die stimulationsinduzierte LTD-artige Plastizität bei 19 MS- bzw. CIS-Patienten während des steroidbehandelten akuten Schubes untersucht. Als Kontrollgruppe wurden alters- und geschlechtsgematchte gesunde Probanden untersucht. Die Messungen wurden mithilfe eines Protokolls der assoziativen Paarstimulation durchgeführt. Paarstimulation wird die Kombination aus der peripher elektrischen und transkraniell magnetischen Stimulation genannt. Das in unserer Studie verwendete Protokoll sieht ein Interstimulusintervall von 10ms vor (PAS10). Der Effekt der Paarstimulation wird durch Messungen der Exzitabilität des motorischen Kortex mittels motorisch evozierter Potenziale (MEP) jeweils vor und nach der Intervention gemessen. Bei den MS-Patienten wurden diese Daten zum Zeitpunkt des Schubes (t1) und 12 Wochen danach (t2) erhoben; die gesunden Kontrollen wurden nur einmal gemessen. Daneben wurde bei den Schubpatienten zur Quantifizierung der klinischen Symptomatik jeweils zum ersten und zum zweiten Zeitpunkt der MSFC erhoben.
Die MS-Patienten zeigten im akuten MS-Schub im Gegensatz zu der Kontrollgruppe aus Gesunden keinen LTD-artigen, sondern einen inversen, sprich einen signifikant LTP-artigen Effekt; dieser war zum Zeitpunkt t2 nicht mehr zu erkennen. Der Unterschied zwischen den PAS10-Effekten der MS- und der Kontrollgruppe war ebenfalls signifikant. Der Vergleich der MSFC-Werte der MS-Gruppe zwischen t1 und t2 erbrachte eine signifikante klinische Besserung. Eine signifikante Korrelation zwischen
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den neurophysiologischen und klinischen Daten bzw. ihren Veränderungen zwischen t1 und t2 zeigte sich nicht.
Diese Ergebnisse untermauern und erweitern bereits bestehende Hinweise, dass während der akuten Inflammationsprozesse des MS-Schubes veränderte Voraussetzungen für die Induzierbarkeit von Plastizität gegeben sind. Nicht nur, wie bereits gezeigt, die LTP-artige, sondern offenbar auch die LTD-artige assoziative Plastizität zeigt sich stark von den humoralen Veränderungen im steroidbehandelten Schub beeinflusst. Weitere Studien in stärker vorselektierten Patientengruppen sollten der Frage nachgehen, inwieweit LTD-artige Plastizität sich in verschiedenen Subgruppen mit unterschiedlichen Schubsymptomen unterscheidet. Des Weiteren ist der Frage weiter nachzugehen, ob LTD-artige Plastizität funktional zur Adaption im Rahmen des Schubereignisses notwendig ist und inwieweit deren Unterdrückung bzw. Ersatz durch Langzeitpotenzierung potenziell einer Adaption im Wege steht. Sollten potenzielle Folgestudien bestätigen, dass LTD- und LTP-artige Plastizität im Schub möglicherweise häufig dysfunktional ausgeprägt ist und einer optimalen Regeneration entgegensteht, wären daraus praktische Implikationen zu ziehen. Die Entwicklung neuer Trainingsprogramme oder elektrophysiologischer Konzepte könnte ein nächstes Ziel dieses Forschungszweiges sein, um potenziell dysfunktionale Plastizität zu vermeiden und physiologische Prozesse bereits im Schub zu fördern.
LSVT-BIG therapy in Parkinson's disease: physiological evidence for proprioceptive recalibration
(2020)
Background
There is growing evidence for proprioceptive dysfunction in patients with Parkinson's disease (PD). The Lee Silvermann Voice Treatment-BIG therapy (LSVT-BIG), a special training program aiming at an increase of movement amplitudes in persons with PD (PwPD), has shown to be effective on motor symptoms. LSVT-BIG is conceptionally based on improving bradykinesia, in particular the decrement of repetitive movements, by proprioceptive recalibration.
Objective
To assess proprioceptive impairment in PwPD as compared to matched controls and to probe potential recalibration effects of the LSVT-BIG therapy on proprioception.
Methods
Proprioceptive performance and fine motor skills were assessed in 30 PwPD and 15 matched controls. Measurements with significant impairment in PwPD were chosen as outcome parameters for a standardized 4 weeks amplitude-based training intervention (LSVT-BIG) in 11 PwPD. Proprioceptive performance served as primary outcome measure. Secondary outcome measures included the motor part of the MDS-UPDRS, the nine-hole-peg test, and a questionnaire on quality of life. Post-interventional assessments were conducted at weeks 4 and 8. Results Compared to the control group, PwPD showed significantly larger pointing errors. After 4 weeks of LSVT-BIG therapy and even more so after an additional 4 weeks of continued training, proprioceptive performance improved significantly. In addition, quality of life improved as indicated by a questionnaire.
Conclusion
LSVT-BIG training may achieve a recalibration of proprioceptive processing in PwPD. Our data indicates a probable physiological mechanism of a symptom-specific, amplitude-based behavioral intervention in PwPD.
Traumatic spinal cord injuries result in impairment or even complete loss of motor, sensory and autonomic functions. Recovery after complete spinal cord injury is very limited even in animal models receiving elaborate combinatorial treatments. Recently, we described an implantable microsystem (microconnector) for low-pressure re-adaption of severed spinal stumps in rat. Here we investigate the long-term structural and functional outcome following microconnector implantation after complete spinal cord transection. Re-adaptation of spinal stumps supports formation of a tissue bridge, glial and vascular cell invasion, motor axon regeneration and myelination, resulting in partial recovery of motor-evoked potentials and a thus far unmet improvement of locomotor behaviour. The recovery lasts for at least 5 months. Despite a late partial decline, motor recovery remains significantly superior to controls. Our findings demonstrate that microsystem technology can foster long-lasting functional improvement after complete spinal injury, providing a new and effective tool for combinatorial therapies.
Protein inclusions containing the RNA-binding protein TDP-43 are a pathological hallmark of amyotrophic lateral sclerosis and other neurodegenerative disorders. The loss of TDP-43 function that is associated with these inclusions affects post-transcriptional processing of RNAs in multiple ways including pre-mRNA splicing, nucleocytoplasmic transport, modulation of mRNA stability and translation. In contrast, less is known about the role of TDP-43 in axonal RNA metabolism in motoneurons. Here we show that depletion of Tdp-43 in primary motoneurons affects axon growth. This defect is accompanied by subcellular transcriptome alterations in the axonal and somatodendritic compartment. The axonal localization of transcripts encoding components of the cytoskeleton, the translational machinery and transcripts involved in mitochondrial energy metabolism were particularly affected by loss of Tdp-43. Accordingly, we observed reduced protein synthesis and disturbed mitochondrial functions in axons of Tdp-43-depleted motoneurons. Treatment with nicotinamide rescued the axon growth defect associated with loss of Tdp-43. These results show that Tdp-43 depletion in motoneurons affects several pathways integral to axon health indicating that loss of TDP-43 function could thus make a major contribution to axonal pathomechanisms in ALS.
Purpose
Over the course of COVID-19 pandemic, evidence has accumulated that SARS-CoV-2 infections may affect multiple organs and have serious clinical sequelae, but on-site clinical examinations with non-hospitalized samples are rare. We, therefore, aimed to systematically assess the long-term health status of samples of hospitalized and non-hospitalized SARS-CoV-2 infected individuals from three regions in Germany.
Methods
The present paper describes the COVIDOM-study within the population-based cohort platform (POP) which has been established under the auspices of the NAPKON infrastructure (German National Pandemic Cohort Network) of the national Network University Medicine (NUM). Comprehensive health assessments among SARS-CoV-2 infected individuals are conducted at least 6 months after the acute infection at the study sites Kiel, Würzburg and Berlin. Potential participants were identified and contacted via the local public health authorities, irrespective of the severity of the initial infection. A harmonized examination protocol has been implemented, consisting of detailed assessments of medical history, physical examinations, and the collection of multiple biosamples (e.g., serum, plasma, saliva, urine) for future analyses. In addition, patient-reported perception of the impact of local pandemic-related measures and infection on quality-of-life are obtained.
Results
As of July 2021, in total 6813 individuals infected in 2020 have been invited into the COVIDOM-study. Of these, about 36% wished to participate and 1295 have already been examined at least once.
Conclusion
NAPKON-POP COVIDOM-study complements other Long COVID studies assessing the long-term consequences of an infection with SARS-CoV-2 by providing detailed health data of population-based samples, including individuals with various degrees of disease severity.
Trial registration
Registered at the German registry for clinical studies (DRKS00023742).
Es konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, daß das olfaktorische Kurzzeitgedächtnis von Drosophila melanogaster in den Pilzkörpern lokalisiert ist. Zu Beginn dieser Doktorarbeit war bekannt, daß die Pilzkörper notwendig für das Geruchsgedächtnis sind. Drei unabhängige Methoden der Ablation bzw. Veränderung der biochemischen Eigenschaften der Pilzkörper hatten zu dem selben Ergebnis geführt, daß funktionierende Pilzkörper unentbehrlich für den Aufbau eines Geruchsgedächtnisses sind. Noch informativer als ein Experiment, in dem durch Zerstörung einer Struktur eine Leistung unmöglich gemacht wird ist der umgekehrte Weg, der durch einen gewebespezifischen „rescue“ die Leistung wiederherstellt. Dazu wurde in dieser Arbeit das wildtypische Allel des Gens rutabaga in rut-mutanten Fliegen mit Hilfe des Gal4/UAS-Systems ausschließlich in den Pilzkörpern, bzw., im Gegenexperiment, nur außerhalb der Pilzkörper zur Expression gebracht. rut kodiert für die Adenylatcyclase I, die mit synaptischer Plastizität bei Drosophila, Aplysia und Mäusen in Verbindung gebracht wird. Man geht davon aus, daß synaptische Plastizität die molekulare Grundlage für Lernen und Gedächtnis ist. Die AC I stellt cAMP her, dessen Menge und präzise Regulation die Übertragungsstärke an Neuronen beeinflußt. Eine Störung dieses Signalweges z. B. durch die rut-Mutation führt zu einer Beeinträchtigung des Gedächtnisses bei Drosophila. rut wurde mit Hilfe des in Drosophila etablierten Gal4/UAS-Systems exprimiert: Der gewebespezifisch aktive Hefe-Transkriptionsfaktor Gal4 führt dazu, daß das hinter einen Gal4-spezifischen UAS-Promotor klonierte wildtypische rut-Gen in denjenigen Zellen transkribiert wird, in denen der Transkriptionsfaktor vorhanden ist. Dies wurde in einer rut-Mutante durchgeführt, so daß in allen anderen Zellen keine funktionierende AC I vorhanden war. Die rut-abhängige synaptische Plastizität wurde damit ausschließlich auf die gewünschten Regionen beschränkt. Das Expressionsmuster der Gal4-Linien wurde durch Immuncytochemie (Anti-Tau) sichtbar gemacht. Diese Fliegen wurden in einem klassischen Konditionierungsexperiment auf ihr Geruchs-Gedächtnis untersucht. Dazu wurden einer Gruppe von Fliegen nacheinander 2 Gerüche präsentiert, von denen einer mit Elektroschocks gepaart war. Nach ca. 2 min konnten diese Fliegen sich für einen der beiden Gerüche entscheiden, die nun gleichzeitig aus 2 unterschiedlichen Richtungen dargeboten wurden. Je nach Lernleistung entschieden sich mehr oder weniger Fliegen für den vorher unbestraften Geruch. Es ergab sich, daß der Ort im Gehirn, an dem die wildtypische AC I exprimiert wurde, über die Höhe des Gedächtniswertes entschied: Die AC I ausschließlich in den Pilzkörpern gewährte ein völlig normales Gedächtnis, wogegen die AC I außerhalb der Pilzkörper das Gedächtnis nicht gegenüber der rut-Mutante verbessern konnte. Die Analyse der Expressionsverteilung von insgesamt 9 getesteten Fliegenlinien mißt überdies dem -Lobus des Pilzkörpers eine besondere Bedeutung bei und läßt den Schluß zu, daß das hier untersuchte Gedächtnis ausschließlich in den -Loben lokalisiert ist. Dieses erfolgreiche rut-„rescue“ - Experiment zeigt, daß rut-abhängige synaptische Plastizität ausschließlich in den Pilzkörpern ausreichend für ein wildtypisches Gedächtnis ist. Dieses Ergebnis vervollständigt die Erkenntnisse von den Pilzkörper-Ablationsexperimenten insofern, als nun die Aussage zutrifft, daß die Pilzkörper notwendig und hinreichend für das olfaktorische Kurzzeitgedächtnis sind.