610 Medizin und Gesundheit
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Early treatment with glucocorticoids could help reduce both cytotoxic and vasogenic edema, leading to improved clinical outcome after stroke. In our previous study, isosteviol sodium (STVNA) demonstrated neuroprotective effects in an in vitro stroke model, which utilizes oxygen-glucose deprivation (OGD). Herein, we tested the hypothesis that STVNA can activate glucocorticoid receptor (GR) transcriptional activity in brain microvascular endothelial cells (BMECs) as previously published for T cells. STVNA exhibited no effects on transcriptional activation of the glucocorticoid receptor, contrary to previous reports in Jurkat cells. However, similar to dexamethasone, STVNA inhibited inflammatory marker IL-6 as well as granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) secretion. Based on these results, STVNA proves to be beneficial as a possible prevention and treatment modality for brain ischemia-reperfusion injury-induced blood–brain barrier (BBB) dysfunction.
Reversible protein phosphorylation is a posttranslational modification of regulatory proteins involved in cardiac signaling pathways. Here, we focus on the role of protein phosphatase 2A (PP2A) for cardiac gene expression and stress response using a transgenic mouse model with cardiac myocyte-specific overexpression of the catalytic subunit of PP2A (PP2A-TG). Gene and protein expression were assessed under basal conditions by gene chip analysis and Western blotting. Some cardiac genes related to the cell metabolism and to protein phosphorylation such as kinases and phosphatases were altered in PP2A-TG compared to wild type mice (WT). As cardiac stressors, a lipopolysaccharide (LPS)-induced sepsis in vivo and a global cardiac ischemia in vitro (stop-flow isolated perfused heart model) were examined. Whereas the basal cardiac function was reduced in PP2A-TG as studied by echocardiography or as studied in the isolated work-performing heart, the acute LPS- or ischemia-induced cardiac dysfunction deteriorated less in PP2A-TG compared to WT. From the data, we conclude that increased PP2A activity may influence the acute stress tolerance of cardiac myocytes.
(1) Background: Nowadays, the use of microsurgical free flaps is a standard operative procedure in reconstructive surgery. Still, thrombosis of the microanastomosis is one of the most fatal postoperative complications. Clinical evaluation, different technical devices and laboratory markers are used to monitor critical flap perfusion. Macrophage migration inhibitory factor (MIF), a structurally unique cytokine with chemokine-like characteristics, could play a role in predicting vascular problems and the failure of flap perfusion. (2) Methods: In this prospective observational study, 26 subjects that underwent microsurgical reconstruction were observed. Besides clinical data, the number of blood leukocytes, CRP and MIF were monitored. (3) Results: Blood levels of MIF, C-reactive protein (CRP) and leukocytes increased directly after surgery. Subjects that needed surgical revision due to thrombosis of the microanastomosis showed significantly higher blood levels of MIF than subjects without revision. (4) Conclusion: We conclude that MIF is a potential and innovative indicator for thrombosis of the microanastomosis after free flap surgery. Since it is easy to obtain diagnostically, MIF could be an additional tool to monitor flap perfusion besides clinical and technical assessments.
Ischemia-like stress conditions stimulate trophic activities of adipose-derived stromal/stem cells
(2020)
Adipose-derived stromal/stem cells (ASCs) have been shown to exert regenerative functions, which are mainly attributed to the secretion of trophic factors. Upon transplantation, ASCs are facing an ischemic environment characterized by oxygen and nutrient deprivation. However, current knowledge on the secretion capacity of ASCs under such conditions is limited. Thus, the present study focused on the secretory function of ASCs under glucose and oxygen deprivation as major components of ischemia. After exposure to glucose/oxygen deprivation, ASCs maintained distinct viability, but the metabolic activity was greatly reduced by glucose limitation. ASCs were able to secrete a broad panel of factors under glucose/oxygen deprivation as revealed by a cytokine antibody array. Quantification of selected factors by ELISA demonstrated that glucose deprivation in combination with hypoxia led to markedly higher secretion levels of the angiogenic and anti-apoptotic factors IL-6, VEGF, and stanniocalcin-1 as compared to the hypoxic condition alone. A conditioned medium of glucose/oxygen-deprived ASCs promoted the viability and tube formation of endothelial cells, and the proliferation and migration of fibroblasts. These findings indicate that ASCs are stimulated by ischemia-like stress conditions to secrete trophic factors and would be able to exert their beneficial function in an ischemic environment.
Background:
Recently, we gained evidence that impairment of rOat1 and rOat3 expression induced by ischemic acute kidney injury (AKI) is mediated by COX metabolites and this suppression might be critically involved in renal damage.
Methods:
(i) Basolateral organic anion uptake into proximal tubular cells after model ischemia and reperfusion (I/R) was investigated by fluorescein uptake. The putative promoter sequences from hOAT1 (SLC22A6) and hOAT3 (SCL22A8) were cloned into a reporter plasmid, transfected into HEK cells and (ii) transcriptional activity was determined after model ischemia and reperfusion as a SEAP reporter gen assay. Inhibitors or antagonists were applied with the beginning of reperfusion.
Results:
By using inhibitors of PKA (H89) and PLC (U73122), antagonists of E prostanoid receptor type 2 (AH6809) and type 4 (L161,982), we gained evidence that I/R induced down regulation of organic anion transport is mediated by COX1 metabolites via E prostanoid receptor type 4. The latter signaling was confirmed by application of butaprost (EP2 agonist) or TCS2510 (EP4 agonist) to control cells. In brief, the latter signaling was verified for the transcriptional activity in the reporter gen assay established. Therein, selective inhibitors for COX1 (SC58125) and COX2 (SC560) were also applied.
Conclusion:
Our data show (a) that COX1 metabolites are involved in the regulation of renal organic anion transport(ers) after I/R via the EP4 receptor and (b) that this is due to transcriptional regulation of the respective transporters. As the promoter sequences cloned were of human origin and expressed in a human renal epithelial cell line we (c) hypothesize that the regulatory mechanisms described after I/R is meaningful for humans as well.
Background: Perfusion-cardiovascular magnetic resonance (CMR) is generally accepted as an alternative to SPECT to assess myocardial ischemia non-invasively. However its performance vs gated-SPECT and in sub-populations is not fully established. The goal was to compare in a multicenter setting the diagnostic performance of perfusion-CMR and gated-SPECT for the detection of CAD in various populations using conventional x-ray coronary angiography (CXA) as the standard of reference.
Methods: In 33 centers (in US and Europe) 533 patients, eligible for CXA or SPECT, were enrolled in this multivendor trial. SPECT and CXA were performed within 4 weeks before or after CMR in all patients. Prevalence of CAD in the sample was 49% and 515 patients received MR contrast medium. Drop-out rates for CMR and SPECT were 5.6% and 3.7%, respectively (ns). The study was powered for the primary endpoint of non-inferiority of CMR vs SPECT for both, sensitivity and specificity for the detection of CAD (using a single-threshold reading), the results for the primary endpoint were reported elsewhere. In this article secondary endpoints are presented, i.e. the diagnostic performance of CMR versus SPECT in subpopulations such as multi-vessel disease (MVD), in men, in women, and in patients without prior myocardial infarction (MI). For diagnostic performance assessment the area under the receiver-operator-characteristics-curve (AUC) was calculated. Readers were blinded versus clinical data, CXA, and imaging results.
Results: The diagnostic performance (= area under ROC = AUC) of CMR was superior to SPECT (p = 0.0004, n = 425) and to gated-SPECT (p = 0.018, n = 253). CMR performed better than SPECT in MVD (p = 0.003 vs all SPECT, p = 0.04 vs gated-SPECT), in men (p = 0.004, n = 313) and in women (p = 0.03, n = 112) as well as in the non-infarct patients (p = 0.005, n = 186 in 1-3 vessel disease and p = 0.015, n = 140 in MVD).
Conclusion: In this large multicenter, multivendor study the diagnostic performance of perfusion-CMR to detect CAD was superior to perfusion SPECT in the entire population and in sub-groups. Perfusion-CMR can be recommended as an alternative for SPECT imaging.
Background
Brain ischemia is known to include neuronal cell death and persisting neurological deficits. A lack of oxygen and glucose are considered to be key mediators of ischemic neurodegeneration while the exact mechanisms are yet unclear. In former studies the expression of two different two-pore domain potassium \((K_{2P})\) channels (TASK1, TREK1) were shown to ameliorate neuronal damage due to cerebral ischemia. In neurons, TASK channels carrying hyperpolarizing \(K^+\) leak currents, and the pacemaker channel HCN2, carrying depolarizing \(I_h\), stabilize the membrane potential by a mutual functional interaction. It is assumed that this ionic interplay between TASK and HCN2 channels enhances the resistance of neurons to insults accompanied by extracellular pH shifts.
Methods
In C57Bl/6 (wildtype, WT), \(hcn2^{+/+}\) and \(hcn2^{-/-}\) mice we used an in vivo model of cerebral ischemia (transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO)) to depict a functional impact of HCN2 in stroke formation. Subsequent analyses comprise behavioural tests and hcn2 gene expression assays.
Results
After 60 min of tMCAO induction in WT mice, we collected tissue samples at 6, 12, and 24 h after reperfusion. In the infarcted neocortex, hcn2 expression analyses revealed a nominal peak of hcn2 expression 6 h after reperfusion with a tendency towards lower expression levels with longer reperfusion times. Hcn2 gene expression levels in infarcted basal ganglia did not change after 6 h and 12 h. Only at 24 h after reperfusion, hcn2 expression significantly decreases by ~55%. However, 30 min of tMCAO in hcn2-/- as well as hcn2+/+ littermates induced similar infarct volumes. Behavioural tests for global neurological function (Bederson score) and motor function/coordination (grip test) were performed at day 1 after surgery. Again, we found no differences between the groups.
Conclusions
Here, we hypothesized that the absence of HCN2, an important functional counter player of TASK channels, affects neuronal survival during stroke-induced tissue damage. However, together with a former study on TASK3 these results implicate that both TASK3 and HCN2 which were supposed to be neuroprotective due to their pH-dependency, do not influence ischemic neurodegeneration during stroke in the tMCAO model.
1. Einleitung 2. Ziele der Untersuchung 3. Methodik 3.1. Versuchsvorbereitung 3.1.1. Narkose und Beatmung 3.1.2. Präparation 3.1.3. Koronarperfusion 3.2. Versuchsdurchführung 3.2.1. Versuchsprotokoll 3.2.2. Messparameter 3.3. Versuchsauswertung 3.3.1. Datenanalyse 3.3.2. Statistik 4. Versuchsergebnisse 4.1. Koronargefäße 4.1.1. Koronarer Blutfluß FRIVA 4.1.2. Koronarer Perfusionsdruck PCOR 4.1.3. Koronare Leitfähigkeit C 4.2. Myokardiale Kontraktilität 4.2.1. Zeitlich differenzierte maximale linksventrikuläre Druckänderung dP/ dtmax 4.2.2. Prozentuale myokardiale Segmentlängenverkürzung SL 4.3. Hämodynamik, Herzfrequenz und Erregungsausbreitung 4.3.1. Hämodynamik 4.3.2. Erregungsausbreitung 4.3.3. Herzfrequenz 5. Diskussion 5.1. Herzstimulation bei normaler Koronarperfusion 5.2. Herzstimulation bei reduzierter Koronarperfusion 5.3. Klinische Bedeutung 5.4. Limitationen 6. Zusammenfassung 7. Anhang 7.1. Abkürzungen 7.2. Tabellen 7.3. Abbildungsverzeichnis 8. Literaturverzeichnis Wir untersuchten die Auswirkungen linksventrikulärer Stimulationsorte und atrioventrikulärer Verzögerungszeiten auf die Herzfunktion unter normaler und reduzierter Koronarperfusion. An acht vollnarkotisierten herzgesunden Hunden wurde hierzu eine atrioventrikuläre Stimulation des rechten Vorhofs und linken Ventrikels mit einem kurzen (50 ms) und einem langen (80 ms) Stimulationsintervall knapp oberhalb der Eigenfrequenz durchgeführt. Die Stimulation erfolgte an zwei endokardialen linksventrikulären Stimulationsorten (basolateral und apikoseptal). In einem akuten Ischämiemodell wurde der Perfusionsdruck des RIVA extern graduell reduziert, um eine leichte (45-50 mmHg) und schwere Myokardischämie (35-40 mmHg) zu erzielen. Die regionale myokardiale Kontraktilität des RIVA-Versorgungsgebietes (SL) wurde mittels Ultraschallmeßkristallen und die globale myokardiale Kontraktilität (dP/dtmax) mittels Meßkatheter mit beiden AV-Stimulationsintervallen und Stimulationsorten unter normalen und ischämischen Bedingungen bestimmt. Zudem wurden der koronare Blutfluß des RIVA, die koronare Leitfähigkeit, linksventrikuläre und systemische Druckwerte sowie die QRS-Dauer ermittelt. Unter normaler Myokardperfusion zeigte sich trotz fehlender signifikanter Veränderungen tendentiell die stärkste regionale und globale myokardiale Kontraktilitätszunahme während der basolateralen Stimulation mit einem langen AV-Intervall, wohingegen für die übrigen Stimulationseinstellungen nur eine Abnahme der prozentualen Veränderung nachgewiesen werden konnte. Bei einer apikoseptalen Stimulation wurden unter einem langen AV-Intervall die geringsten Einschränkungen der Kontraktilität registriert. Signifikante Unterschiede hinsichtlich des koronaren Blutflusses, der Hämodynamik oder QRS-Dauer waren nicht nachweisbar. Bei leichter und schwerer Myokardischämie im RIVA-Perfusionsgebiet konnte durch eine basolaterale Stimulation mit einem kurzen AV-Intervall eine signifikante Zunahme der regionalen und globalen Kontraktion erzielt werden. Dieser Trend wurde durch entsprechende Ergebnisse des koronaren Blutflusses und der Hämodynamik bestätigt. Insbesondere ein Anstieg der enddiastolischen Drücke wies auf eine effiziente Steigerung der linksventrikulären Vorlast unter dieser Stimulation hin. Eine apikoseptale Stimulation hingegen, insbesondere mit kurzem AVIntervall, sollte nach unseren Ergebnissen vermieden werden. Als Ursache für die unterschiedlichen Auswirkungen der linksventrikulären Stimulation und reduzierten Koronarperfusion wurden Effekte der kardialen Erregungsleitung und Asynchronie, der AV-Synchronizität, der koronaren Flußreserve und Autoregulationsmechanismen der Koronargefäße diskutiert. Zusammenfassend konnte im Rahmen dieser Untersuchung nachgewiesen werden, dass die Auswahl des linksventrikulären Stimulationsortes und des AVsequentiellen Stimulationsintervalls relevante Auswirkungen auf die myokardiale Kontraktilität, den koronaren Blutfluß, die Hämodynamik und Erregungsausbreitung unter normaler und reduzierter Koronarperfusion hat. Bei normaler Koronarperfusion wurde die größte prozentuale Zunahme der regionalen und globalen myokardialen Kontraktilität unter basolateraler Stimulation mit langem AV-Intervall und bei reduzierter Koronarperfusion mit kurzem AV-Intervall gemessen. Unter apikoseptaler Stimulation führte hingegen ein längeres AV-Intervall zur geringeren Kontraktionsabnahme. Daher sollte in Abhängigkeit vom linksventrikulären Stimulationsort ein geeignetes AV-Intervall gewählt werden, um die linksventrikuläre Funktion unter ischämischen Bedingungen möglichst gut zu erhalten. Dies ist vor allem für Patienten, die an einer koronaren Herzerkrankung mit Linksherzinsuffizienz leiden und ein System zur linksventrikulären Stimulation erhalten sollen, von besonderer Bedeutung.
Die Entwicklung von therapeutischen Strategien, die den infarktbedingten Untergang des Myokardgewebes minimieren und die Gewebsheilung nach abgelaufenem Myokardinfarkt unterstützen, gehört zu dem Hauptziel in der modernen Kardiologie. Bis jedoch eine spezifische Intervention als Therapieform anerkannt wird, ist ein detailliertes Entschlüsseln der zellulären und molekularen Mechanismen während und nach der Myokardschädigung notwendig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich intensiv mit den Vorgängen der Stickstoffmonoxid- (NO) Produktion und der Inflammation nach Okklusion von Kranzarterien. Im ersten Teil der Dissertation steht die endotheliale NO-Synthase-Expression (eNOS) im Mittelpunkt der Untersuchung. eNOS ist als wichtiger Katalysator an der Biosynthese von Stickstoffmonoxid, das als protektiver Faktor für die Gefäßhomöostase seit Jahren bekannt ist, beteiligt. Ferner besteht experimentell sehr gute Evidenz dafür, dass der endothelialen NO-Synthase am Ausmaß des kardialen Ischämie-/ Reperfusionsschadens eine entscheidende Rolle zukommt. Folglich wurde mittels der Substanz AVE 9488 versucht, die eNOS-Expression in Mäusen zu steigern und den Effekt auf das Infarktgeschehen näher zu betrachten. Die Behandlung mit AVE 9488 erzielte einen signifikant reduzierten Ischämie-/Reperfusionsschaden. Bei anschließenden Ischämie-/Reperfusionsveruchen mit eNOS defizienten Mäusen war der protektive Effekt wieder aufgehoben. Der Erfolg dieser Substanz wird in der signifikanten Reduktion des oxidativen Stresses vermutet. Ein zusätzlicher wichtiger Parameter, der während der Ischämie/Reperfusion aktiviert wird, ist der Schlüssel-Transkriptionsfaktor Nuclear Factor kappa B (NF-kB). Durch seine Bindung an bestimmte Enhancer und Promotoren reguliert der Faktor die Entzündungsprozesse, indem er die Genexpression proinflammatorischer Marker verstärkt. Folglich wurden eine Reduktion der Inflammation sowie ein protektiver Effekt nach erfolgter ischämischer Schädigung durch Hemmung von NF-kB angenommen. Zur Prüfung dieser Hypothese wurden NF-kB-Untereinheit p50 defiziente Mäuse (p50 KO) einer Okklusion einer Herzkranzarterie unterzogen. Durch die Hemmung der NF-kB-Aktivierung kam es zu einer signifikanten Reduzierung des Infarktareals im Vergleich zu den entsprechenden Wildtyp-Mäusen. Der große Benefit konnte auf die geringere Einwanderung der neutrophilen Granulozyten in das infarzierte Gebiet zurückgeführt werden. Knochenmarktransplantationsversuche mit p50 KO- und Wildtyp-Knochenmark untermauerten die Beobachtung, dass die beeinträchtigte Aktivierung von NF-kB in p50 defizienten Leukozyten protektive Effekte in der Ischämie/Reperfusion vermittelt. Die Aktivierung der proinflammatorischen Proteine während des linksventrikulären Remodelings nach Myokardinfarkt gehört zum Fokus des dritten Teils dieser Arbeit. Dieser Teil beschäftigt sich mit der Frage, inwieweit eine hochdosierte Aspirin-Therapie die linksventrikulären Umbauprozesse günstig beeinflussen kann. Dafür wurden Mäuse für 4 Wochen mit Placebo oder Aspirin (120 mg/kg pro Tag) mittels osmotischer Mini-Pumpen, die 2 Stunden nach Ligatur der Kranzarterie implantiert wurden, behandelt. In beiden Gruppen kam es zur erwarteten linksventrikulären Dilatation nach Myokardinfarkt, jedoch ohne signifikanten Unterschied zwischen Placebo- und Aspirin-behandelten Tieren. Es kam allerdings zu einer erwarteten Reduktion proinflammatorischer Proteine durch die Aspirin-Therapie. So war die Expression von Tumor-Nekrose-Faktor-alpha; (TNF-alpha) und Interleukin-1ß (IL-ß) in der Aspirin-Gruppe signifikant reduziert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die gezielte Beeinflussung bestimmter Faktoren in der Ischämie/Reperfusion wie z. B. die Verstärkung der eNOS-Expression oder die Hemmung der NF-kB-Aktivierung die Ischämieschädigung signifikant reduziert werden kann.
Durch die Konzeption des Versuchsaufbaus und der Wahl der Komponenten konnte die aktuelle Arbeit an intakten isolierten Mäuseherzen zeigen, dass unter weitgehend physiologischen in-vitro-Bedingungen die Möglichkeit besteht, mit Hilfe des Biolumineszenzproteins Aequorin Messungen der intrazytoplasmatischen Ca2+- Konzentration während eines einzelnen Herzschlages mit einer Frequenz von 420 Schlägen pro Minute zu gewinnen und diese gleichzeitig in die linksventrikuläre Funktion integrieren zu können. Das wesentliche Ergebnis dieser Arbeit ist dabei, dass während moderater Arbeitsbelastung der Verlust eines effizienten CK-Systems transgener CK-defizienter- Herzen (CKM/Mito-/) hinsichtlich des intramyokardialem Calciumstoffwechsels und der linksventrikulären Funktion durch Adaptionsmechanismen offensichtlich gut kompensiert wird. Allerdings wird in Situationen des Ungleichgewichtes zwischen Energieversorgung und Energieverbrauch, ausgelöst durch Ischämie und anschließende Reperfusion, eine signifikante Verschlechterung der linksventrikulären Funktion und gleichzeitig der Ca2+-Homöostase sichtbar, was einen weiteren Beweis für die enge Beziehung zwischen myokardialer Energetik und des Ca2+-Haushaltes insbesondere in CK-defizienten Herzen unter metabolischem Stress darstellt. Schließlich zeigt die simultane Aufzeichnung des Ca2+-Signals und die Druckentwicklung des linken Ventrikels, dass es schon vor der Entwicklung der ischämischen Kontraktur zur intrazytoplasmatischen Veränderung der Ca2+-Homöostase kommt, die durch eine unzureichende Bereitstellung durch ATP ausgelöst wird und maßgeblich durch das Fehlen eines effizienten Energietransportsystem in Form der Kreatinkinase bedingt sein könnte.