OPUS 4 | Medizin

Cell stress and cell death (2010)

Afshin Samali Simone Fulda Adrienne M. Gorman Osamu Hori Srinivasa M. Srinivasula

Editorial: This special issue on Cell Stress and Cell Death is aimed at bringing together recent developments in the fields of cellular stress and cell death and, in particular, the interplay between cell stress responses and cell death. The special issue opens with a review by S. Fulda et al. which provides an overview of how cells can respond to stress in a variety of ways ranging from the activation of survival pathways to the initiation of cell death that eventually eliminates damaged cells. Whether cells mount a protective response or succumb to death depends to a large extent on the nature and duration of the stress as well as the cell type. For example, milder stresses can lead to protection through activation of the heat shock response or the unfolded protein response (UPR). This review also describes several types of cell death (e.g., apoptosis, necrosis, pyroptosis, or autophagic cell death) and the mechanism by which a cell dies often depends on various exogenous factors as well as the cell’s ability to handle the stress to which it is exposed. The implications of cellular stress responses for human physiology and disease are multifold and are discussed in this review in the context of some major world health issues such as diabetes, Parkinson’s disease, myocardial infarction, and cancer. ...

Aufmerksamkeitseffekte bei der Verarbeitung von amplitudenmodulierten Tönen untersucht mittels Elektroenzephalographie (2009)

Florian Schmidt

Um die kontinuierlich auf uns einströmende Menge an Reizen zu verarbeiten, ist es wichtig, die Informationen genau zu selektieren. Ein hilfreicher Mechanismus ist hierbei die Aufmerksamkeit gezielt nur auf eine Informationsquelle zu richten und zu verarbeiten. So ist es möglich, selbst in komplexen Situationen, wie zum Beispiel einer Feier mit vielen verschiedenen Gesprächen, ganz gezielt ein einzelnes herauszufiltern. Der Effekt von Aufmerksamkeit auf auditory steady-state Responses (aSSR) wurde in der Vergangenheit schon in verschiedenen Studien mit unterschiedlichen Messverfahren und Stimuli untersucht. Dabei wurden teils widersprüchliche Ergebnisse gefunden, die entweder gar keine oder auf sehr kleine Frequenzbereiche beschränkte Aufmerksamkeitseffekte fanden. Das Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen von Aufmerksamkeit auf die aSSR innerhalb eines größeren Frequenzspektrums (11 Hz, 23 Hz, 41 Hz, 73 Hz und 97 Hz) zu analysieren. Für diesen Zweck wurden den Probanden nach Instruktion der zu beachtenden Seite jeweils zwei benachbarte Modulationsfrequenzen während vier aufeinander folgenden Blöcken dichotisch präsentiert. Die Probanden wurden angewiesen, Trägerfrequenzänderungen auf der zu beachtenden Seite durch Betätigen einer Maustaste anzugeben. Die Registrierung der aSSR-Antworten geschah mittels Elektroenzephalogramm (EEG). Auch die durch die Stimulation hervorgerufene P300 wurde dargestellt. Bezüglich des Effekts von Aufmerksamkeit auf die aSSRs zeigte sich nach Analyse der gewonnenen Daten im Frequenzbereich von 23 Hz eine Auswirkung. Diese stellte sich in Form einer Amplitudensteigerung auf der jeweils durch den Probanden beachteten Präsentationsseite dar. Bei einer Modulationsfrequenz von 41 Hz kam es bei Präsentation auf der rechten Seite zu höheren Amplituden als bei Präsentation auf der linken Seite. Bei 73 Hz und 97 Hz konnte keinerlei Auswirkung weder der Aufmerksamkeit noch der Präsentationsseite registriert werden. Auffällig war bei den präsentierten Tönen im 20 Hz und 70 Hz Bereich auch eine im Vergleich zu den anderen Frequenzbereichen (11 Hz, 41 Hz und 97 Hz) verlängerte Reaktionszeit der Probanden. In Kombination mit der Modulation der aSSR-Amplitude durch Aufmerksamkeit bei 23 Hz könnte dies ein Hinweis auf einen förderlichen Einfluss der Aufgabenschwierigkeit auf die Detektierbarkeit von Aufmerksamkeitseffekten sein. Im Gegensatz hierzu zeigte die dargestellte P300 in allen präsentierten Blöcken einen deutlichen Effekt der Aufmerksamkeit. Dieser äußerte sich ebenfalls in einer Steigerung der Amplitude. Es scheint also zumindest ein moderater Einfluss von Aufmerksamkeit auf die aSSRs zu existieren. Gleichzeitig wirkt dieser allerdings stark abhängig von gewähltem Stimulus und Messmethode. Der Effekt von Aufmerksamkeit auf die P300 konnte dagegen gut repliziert werden und scheint daher bei dichotischer Stimulation ein deutlicher Marker für Aufmerksamkeit zu sein.

Detecting and managing small bowel Crohn’s disease – capsule endoscopy becoming a first line diagnostic method? (2011)

Johannes Hausmann Jörg Gerhard Albert

Small bowel endoscopy is crucial for diagnosing small bowel Crohn’s disease, and capsule endoscopy is complemented by balloon-assisted enteroscopy to take biopsies and by magnetic resonance imaging to visualize enteral and extra-intestinal involvement. Recently, imaging has also become a key instrument to manage Crohn’s disease patients. Treatment control is advised for patients who have undergone bowel resections and is increasingly used to testify treatment success in non-operated patients, too. In this review we present the modern imaging methods to diagnose and to manage Crohn’s disease with a special focus on the small bowel. Moreover, current knowledge on the impact of diagnostic methods on the patients’ outcome is reported.

Hepatitis C viral evolution in genotype 1 treatment-naïve and treatment-experienced patients receiving telaprevir-based therapy in clinical trials (2012)

Tara L. Kieffer Sandra De Meyer Doug J. Bartels James C. Sullivan Eileen Z. Zhang Ann Tigges Inge Dierynck Joan Spanks Jennifer Dorrian Min Jiang Bambang Adiwijaya Anne Ghys Maria Beumont Robert S. Kauffman Nathalie Adda Ira M. Jacobson Kenneth E. Sherman Stefan Zeuzem Ann D. Kwong Gaston Picchio

Background: In patients with genotype 1 chronic hepatitis C infection, telaprevir (TVR) in combination with peginterferon and ribavirin (PR) significantly increased sustained virologic response (SVR) rates compared with PR alone. However, genotypic changes could be observed in TVR-treated patients who did not achieve an SVR. Methods: Population sequence analysis of the NS3•4A region was performed in patients who did not achieve SVR with TVR-based treatment. Results: Resistant variants were observed after treatment with a telaprevir-based regimen in 12% of treatment-naïve patients (ADVANCE; T12PR arm), 6% of prior relapsers, 24% of prior partial responders, and 51% of prior null responder patients (REALIZE, T12PR48 arms). NS3 protease variants V36M, R155K, and V36M+R155K emerged frequently in patients with genotype 1a and V36A, T54A, and A156S/T in patients with genotype 1b. Lower-level resistance to telaprevir was conferred by V36A/M, T54A/S, R155K/T, and A156S variants; and higher-level resistance to telaprevir was conferred by A156T and V36M+R155K variants. Virologic failure during telaprevir treatment was more common in patients with genotype 1a and in prior PR nonresponder patients and was associated with higher-level telaprevir-resistant variants. Relapse was usually associated with wild-type or lower-level resistant variants. After treatment, viral populations were wild-type with a median time of 10 months for genotype 1a and 3 weeks for genotype 1b patients. Conclusions: A consistent, subtype-dependent resistance profile was observed in patients who did not achieve an SVR with telaprevir-based treatment. The primary role of TVR is to inhibit wild-type virus and variants with lower-levels of resistance to telaprevir. The complementary role of PR is to clear any remaining telaprevir-resistant variants, especially higher-level telaprevir-resistant variants. Resistant variants are detectable in most patients who fail to achieve SVR, but their levels decline over time after treatment.

The human operculo-insular cortex is pain-preferentially but not pain-exclusively activated by trigeminal and olfactory stimuli (2012)

Jörn Lötsch Carmen Walter Lisa Felden Ulrike Nöth Ralf Deichmann Bruno Georg Oertel

Increasing evidence about the central nervous representation of pain in the brain suggests that the operculo-insular cortex is a crucial part of the pain matrix. The pain-specificity of a brain region may be tested by administering nociceptive stimuli while controlling for unspecific activations by administering non-nociceptive stimuli. We applied this paradigm to nasal chemosensation, delivering trigeminal or olfactory stimuli, to verify the pain-specificity of the operculo-insular cortex. In detail, brain activations due to intranasal stimulation induced by non-nociceptive olfactory stimuli of hydrogen sulfide (5 ppm) or vanillin (0.8 ppm) were used to mask brain activations due to somatosensory, clearly nociceptive trigeminal stimulations with gaseous carbon dioxide (75% v/v). Functional magnetic resonance (fMRI) images were recorded from 12 healthy volunteers in a 3T head scanner during stimulus administration using an event-related design. We found that significantly more activations following nociceptive than non-nociceptive stimuli were localized bilaterally in two restricted clusters in the brain containing the primary and secondary somatosensory areas and the insular cortices consistent with the operculo-insular cortex. However, these activations completely disappeared when eliminating activations associated with the administration of olfactory stimuli, which were small but measurable. While the present experiments verify that the operculo-insular cortex plays a role in the processing of nociceptive input, they also show that it is not a pain-exclusive brain region and allow, in the experimental context, for the interpretation that the operculo-insular cortex splay a major role in the detection of and responding to salient events, whether or not these events are nociceptive or painful.

C1-GAP-Analyse der Differenzen der tatsächlichen und antizipierten Erwartungshaltung Angehöriger intensivmedizinisch betreuter Patienten am Beispiel der Intensivstation C1 der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main (2011)

Christoph Misch

Hintergrund: Der Erfüllungsgrad definierter Erwartungen von Patienten sowie deren Angehörigen bestimmt im Wesentlichen den Grad der wahrgenommenen Qualität medizinischer Dienstleistungen im Krankenhaus. Da die Erwartungen intensivmedizinisch betreuter Patienten aufgrund eingeschränkter Mitteilungsfähigkeit oft nur unzureichend systematisch erhoben werden können, wird die Wahrnehmung der Qualität intensivmedizinischer Leistungen im Wesentlichen von Angehörigen beurteilt. Diese Erwartungen und etwaige Differenzen zu den vom medizinischen Personal antizipierten Erwartungen wurden bisher nicht systematisch untersucht. Aus diesem Grund wurde mit Hilfe eines objektiven, validen und reliablen Befragungsinstruments eine Befragung der Angehörigen von Patienten der Intensivstation C1 des Universitätsklinikums Frankfurt am Main sowie des dort beschäftigten medizinischen Personals durchgeführt. Material und Methoden: Als Befragungsinstrument wurde ein im Vorfeld validierter anonymisierter Fragebogen gewählt. Nach Genehmigung durch die Ethikkommission des Fachbereiches wurden in einem Befragungszeitraum von vier Monaten zunächst Angehörige intensivmedizinisch betreuter Patienten der Station C1 befragt. Im Anschluss daran wurde nach Genehmigung durch den Vorstand sowie den Personalrat des Klinikums eine Mitarbeiterbefragung des medizinischen Personal der Station C1 durchgeführt. Die Datenerhebung wurde durch Personal realisiert, das weder an der Behandlung der Patienten beteiligt war noch zum Personal der KAIS gehört, um eine Verzerrung im Hinblick auf mutmaßlich erwünschte Antworten zu vermeiden. Ergebnisse: In dem Befragungszeitraum konnten nach Prüfung der Ausschlusskriterien 170 Angehörige in die Befragung bei einer Rücklaufquote von 94% (160) eingeschlossen werden. Beim medizinischen Personal betrug der Rücklauf unter den Ärzten 71% (30/42), bei den Pflegekräften 45% (46/103) und bei den Außendienstmitarbeitern 83% (5/6). Die Auswertung der einzelnen Fragen ergab Erwartungsdifferenzen bzw. Fehleinschätzungen des medizinischen Personals bezüglich einiger Aspekte: Sowohl die Pflegekräfte als auch das ärztliche Personal schätzen die Zufriedenheit der Angehörigen bezüglich der Gesprächsorganisation und -dauer niedriger ein als die Angehörigen selbst. Ebenso unterschätzten die befragten Ärzte die Angehörigenerwartung bezüglich der Wichtigkeit der behutsamen Mitteilung über den Zustand des Patienten. Bezüglich der Einbindung von Angehörigen in die Therapie des Patienten, unterschätzten die Ärzte das Bedürfnis der Angehörigen soweit möglich als Co- Therapeuten zu fungieren. Widersprüchliche Ergebnisse zeigten sich bei der Frage der Therapieentscheidung: Zwar gaben 90% der Angehörigen an, dass sie Ihre Meinung zu Therapieentscheidungen äußern möchten (selbiges wurde auch von ca. 83% der Ärzte antizipiert), jedoch wollten auch 50% der befragten Angehörigen (ebenso in Übereinstimmung mit 50% der befragten Ärzte), dass der Arzt als Fachmann alleine über die Therapie entscheidet. Im Weiteren liefern die konkreten und repräsentativen Zahlen, eine objektive Grundlage, um Veränderung im Dienstleistungsprozess voranzutreiben und sie somit weiter zu optimieren. Folgende Punkte sollten dabei in der Zukunft aufgegriffen werden und stehen zur Diskussion: 1. Organisation eines festen Ansprechpartners für Angehörige 2. Verstärkte Einbeziehung der Angehörigen als Co-Therapeuten 3. Kommunikation der voraussichtlichen Wartezeit inkl. deren Gründe 4. Verstärktes Anbieten (der Einbeziehung) der Klinikseelsorge 5. Organisation von Verlegungs- bzw. Entlassungsgesprächen Schlussfolgerung: Die aus dieser Studie gewonnenen Ergebnisse liefern neben der Bestätigung qualitativ stabil und als hochwertig angesehener Prozesse, Ansätze für Optimierungspotentiale im Bereich der Interaktion mit Angehörigen sowie der Organisation des Stationsablaufs. Inwieweit diese Potentiale und den gegebenen Bedingungen umsetzbar sind, bedarf der individuellen Prüfung durch die verantwortlichen Mitarbeiter der Intensivstation C1 sowie durch die Klinikleitung.

Behandlung von lumbalen Bandscheibenvorfällen mit Hilfe der Ozon/Sauerstoff-Injektion (2010)

Felix Gunter Berg-Schlosser

Der Diskusprolaps und die damit verbundene Schmerzsymptomatik stellen ein bedeutsames und zunehmendes Gesundheitsproblem dar. Nach Ausschöpfung der Möglichkeiten einer konservativen Therapie ist die Möglichkeit einer Ozon/Sauerstoff- Injektion in die Bandscheibe als Therapiealternative zur konventionell offen chirurgischen Therapie in Erwägung zu ziehen. Das farblose und scharf riechende, instabile Gas Ozon hat eine hohe Wasserbindungskapazität und vermag Schmerzmediatoren vor Ort über mehrere Monate zu hemmen, wirkt antiinflammatorisch und durchblutungsfördernd. Ozon wandelt sich im Körper in Sauerstoff um und besitzt eine geringe Allergenität. Bislang konnte in Studien keine Überlegenheit der anderen minimalinvasiven Verfahren gezeigt werden. In unserer Studie untersuchten wir die Wirksamkeit und Sicherheit der Ozon/Sauerstoff- Injektion an 34 Patienten. Es wurden keine Komplikationen bei der Anwendung der Intervention festgestellt. Ziel unserer Studie war es, bei den Patienten die Schmerzen nach einem Bandscheibenvorfall zu verringern, bzw. Schmerzfreiheit zu erreichen. Außerdem sollte evaluiert werden, ob sich das gemessene Volumen der lumbalen Bandscheibe signifikant verringerte. Das Bandscheibenvolumen wurde vor und nach der Intervention gemessen. Hierbei ergab sich eine signifikante Volumenreduktion nach 1 Monat, sowie 3 und 6 Monate nach der Intervention. 82,4 Prozent der Patienten verspürten eine Schmerzreduktion oder Schmerzfreiheit 6 Monate nach der Ozon/Sauerstoff-Injektion. Somit ist das Ergebnis der Ozon/Sauerstoff-Injektion als konkurrenzfähig zu anderen minimalinvasiven Methoden zur Behandlung des lumbalen Bandscheibenvorfalls zu sehen.

Betulinic acid for cancer treatment and prevention (2008)

Simone Fulda

Betulinic acid is a natural product with a range of biological effects, for example potent antitumor activity. This anticancer property is linked to its ability to induce apoptotic cell death in cancer cells by triggering the mitochondrial pathway of apoptosis. In contrast to the cytotoxicity of betulinic acid against a variety of cancer types, normal cells and tissue are relatively resistant to betulinic acid, pointing to a therapeutic window. Compounds that exert a direct action on mitochondria present promising experimental cancer therapeutics, since they may trigger cell death under circumstances in which standard chemotherapeutics fail. Thus, mitochondrion-targeted agents such as betulinic acid hold great promise as a novel therapeutic strategy in the treatment of human cancers. Keywords: apoptosis, cancer, betulinic acid, mitochondria Keywords: AIF, apoptosis inducing factor; Apaf-1, Apoptotic protease activating factor-1; BA, betulinic acid; DIABLO, direct IAP Binding protein with Low PI; HtrA2, high temperature requirement protein A; IAPs, Inhibitor of Apoptosis Proteins; MOMP, mitochondrial outer membrane permeabilization; ROS, reactive oxygen species; PARP, Poly (ADP-ribose) Polymerase; Smac, second mitochondria-derived activator of caspase; TNF, tumor necrosis factor; TRAIL, tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand; zVAD.fmk, N-benzyloxycarbonyl-Val-Ala-Asp-fluoromethylketone

Cell death pathways as therapeutic targets in rhabdomyosarcoma (2012)

Simone Fulda

Resistance of rhabdomyosarcoma to current therapies remains one of the key issues in pediatric oncology. Since the success of most cytotoxic therapies in the treatment of cancer, for example, chemotherapy, depends on intact signaling pathways that mediate programmed cell death (apoptosis), defects in apoptosis programs in cancer cells may result in resistance. Evasion of apoptosis in rhabdomyosarcoma may be caused by defects in the expression or function of critical mediators of apoptosis or in aberrant expression of antiapoptotic proteins. Therefore, the identification of the molecular mechanisms that confer primary or acquired resistance to apoptosis in rhabdomyosarcoma presents a critical step for the rational development of molecular targeted drugs. This approach will likely open novel perspectives for the treatment of rhabdomyosarcoma.

Striatal dopamine transmission is subtly modified in human A53Tα-synuclein overexpressing mice (2012)

Nicola J. Platt Suzana Gispert Georg Auburger Stephanie J. Cragg

Mutations in, or elevated dosage of, SNCA, the gene for α-synuclein (α-syn), cause familial Parkinson's disease (PD). Mouse lines overexpressing the mutant human A53Tα-syn may represent a model of early PD. They display progressive motor deficits, abnormal cellular accumulation of α-syn, and deficits in dopamine-dependent corticostriatal plasticity, which, in the absence of overt nigrostriatal degeneration, suggest there are age-related deficits in striatal dopamine (DA) signalling. In addition A53Tα-syn overexpression in cultured rodent neurons has been reported to inhibit transmitter release. Therefore here we have characterized for the first time DA release in the striatum of mice overexpressing human A53Tα-syn, and explored whether A53Tα-syn overexpression causes deficits in the release of DA. We used fast-scan cyclic voltammetry to detect DA release at carbon-fibre microelectrodes in acute striatal slices from two different lines of A53Tα-syn-overexpressing mice, at up to 24 months. In A53Tα-syn overexpressors, mean DA release evoked by a single stimulus pulse was not different from wild-types, in either dorsal striatum or nucleus accumbens. However the frequency responsiveness of DA release was slightly modified in A53Tα-syn overexpressors, and in particular showed slight deficiency when the confounding effects of striatal ACh acting at presynaptic nicotinic receptors (nAChRs) were antagonized. The re-release of DA was unmodified after single-pulse stimuli, but after prolonged stimulation trains, A53Tα-syn overexpressors showed enhanced recovery of DA release at old age, in keeping with elevated striatal DA content. In summary, A53Tα-syn overexpression in mice causes subtle changes in the regulation of DA release in the striatum. While modest, these modifications may indicate or contribute to striatal dysfunction.

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