610 Medizin und Gesundheit
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Die gegenwärtige Entwicklung innovativer Medizintechnologien erweist sich als ein lebendiges wie gespenstisches Geschehen. Sie erzeugt therapeutische Handlungsspielräume für Krankheitsformen, die vormals als nicht mehr behandelbar galten und sich jeglicher kurativen Einflusssphäre entzogen. Gleichermaßen berühren sich mit der Effizienz der Eingriffsmöglichkeiten, Regionen des Ungewissen über die Wirkmechanismen des jeweiligen technologischen Verfahren. Die hieraus resultierenden Deutungsherausforderungen betreffen sowohl die beteiligten Ärztinnen, Patienten und Angehörige (Peter, Funcke 2013). Als exemplarisch für ein solche gleichzeitige Hervorbringung medizinisch hoffnungsvoller sowie vertraute Erfahrungsweisen verunsichernder Technologien wird in diesem Vortrag die neurochirurgische Behandlungsmethode der tiefen Hirnstimulation (THS) als Gegenstand soziologischer Betrachtung thematisiert. Die THS ist ein reversibler Eingriff, bei welchen vermittels stereotaktischer Techniken impulsgebende Elektroden tief ins Hirn eingesetzt werden. Die je nach diagnostizierten Störungsbild anvisierten Zielregionen werden im Anschluss an die Implantation elektronisch stimuliert. Medikamentös nicht mehr zu behandelnde Symptome können reduziert werden. Trotz ihrer infolge zahlreicher klinischer Studien nachgewiesenen Effizienz bildet die THS weiterhin eine kontroverse Behandlungsmethode, die sowohl unter medizinischen als auch ethischen Prämissen diskutiert wird. Einerseits kristallisiert sich am Nicht-Wissen über die spezifischen Wirkungszusammenhänge die Notwendigkeit einer erweiterten klinischen Forschung. Andererseits verweist das Auftreten nicht-intendierter Nebenwirkungen, die von Patient_innen, wie deren Angehörigen als individuelle Persönlichkeitsveränderungen wahrgenommen werden, auf die Relevanz einer interpretativen Bestimmung der subjektiven Erfahrung von Seiten der Betroffenen. Der Beitrag nimmt sich zum Ziel, entlang einer empirischen Fallstudie, in der eine Patientin vor und nach der Operation begleitet wurde, und vermittelt durch eine ereignistheoretische Konzeption, auf die Auslegungsbedingungen für betroffene Patient_innen im Zuge der neurotechnologischen Anwendung der THS aufmerksam zu machen.
Medizinstudium, Examina und die Berufstätigkeit sind stressig; belastbare Daten zum allgemeinen und spezifischen Stress während des Medizinstudiums liegen nur in geringem Ausmaß vor. Wir haben die Stressbelastung und Resilienz der Frankfurter Medizinstudenten in den Kohorten 1. vorklinisches Semester, 1. klinisches Semester und PJ-Eintritt erhoben (Trierer Inventar zum chronischen Stress TICS, altersnormierter Mittelwert = 50; Resilienz-Skala RS11, kein Optimum, hohe Werte weisen auf Resilienz hin); an der Studie nahmen jeweils mehr als 90% der entsprechenden Kohorte teil. Während zu Studienbeginn der Summenwert (altersnormierter T-Wert) bei 56% lag, fiel dieser im 1. klin. Semester auf 54%, und stieg zum PJ nur gering wieder an. Unter den Subskalen fiel auf, dass Überlastung, Überforderung und chronische Besorgnis parallel zum Gesamtscore abfielen, die Subskala Unzufriedenheit jedoch zunahm (1. vorklin. Semester 53%, 1. klin. Semester 55%, PJ 58%). Die höchsten Werte in der PJ-Gruppe fanden sich ebenfalls für die Subskalen soziale Überlastung, Mangel an sozialer Anerkennung und Soziale Spannungen. Niedrigere Stressskala-Werte zeigten sich nach dem Staatsexamen M1 in den Subskalen Überlastung, Erfolgsdruck, Überforderung, soziale Isolierung, chronische Besorgnis und dem Summenscore. Überraschenderweise fiel der Summenwert der Resilienz vom 1. vorklinischen und 1. klinischen Semester (80,7%) auf 76,7% vor dem PJ-Eintritt, dieser Abfall zeigte sich für alle 11 Einzelitems dieses Fragebogens in gleicher Weise. Während eine Abnahme der Belastungsabhängigen Skalen Überlastung und Überforderung nach dem Staatsexamen M1 erwartet worden war, überraschte die im Gruppenvergleich abnehmende Resilienz bei den Studenten vor dem Praktischen Jahr. Ebenso überraschend war die fast kontinuierliche Zunahme auf der Subskala Unzufriedenheit während des Studiums. Inwieweit diese Differenzen auf das Studium zurückzuführen sind oder auf eine überzufällige Häufung bei den Studienabbrechern, wird in einer prospektiven Fortführung dieser Studie untersucht.
Die derzeitige Regelung der Zulassung zum Medizinstudium berücksichtigt die Abiturnote und Wartezeiten; universitäre Parameter können diese Kriterien modifizieren. Hierzu zählen z.B. die Leistungskurswahl, wie es an der Goethe-Universität Frankfurt gehandhabt wird. Im Rahmen der Untersuchung zu Stress und Resilienz bei Medizinstudenten haben wir bei den Studenten des 1. vorklinischen Semesters soziodemographische Daten erhoben, die einen Kohortenvergleich erlauben. Die chronische Stressbelastung wurde mit dem Trierer Inventar zum chronischen Stress TICS erhoben (T-Wert von 50 entspricht dem altersnormierten Durchschnitt), die Resilienz mit der Skala RS11 (keine Normwerte, hohe Werte weisen auf Resilienz hin); an der Studie nahmen 90% der Studienanfänger teil. Neben dem Summenscore für Stress wurden die 9 Subskalen Überlastung, Überforderung, Unzufriedenheit, Erfolgsdruck, Soziale Überlastung, soziale Spannungen, Soziale Isolierung, Mangelnde Soziale Anerkennung und Chronische Besorgnis erhoben. Signifikant höhere Werte bei Studentinnen (n=234) als bei Studenten (n=111) fanden sich für die Skalen Überlastung, Überforderung und chronische Besorgnis, mit dem größten Unterschied bei chronischer Besorgnis (♀ T-Wert von 56 der Altersnorm, ♂ 51). Bei älteren Studienanfängern (n=89, Alter >21 Jahre) fand sich eine leichte Korrelation mit den Skalen Soziale Überlastung und Mangel an sozialer Anerkennung; auch im Gruppenvergleich haben ältere Studenten mit einem T-Wert von 55 einen signifikant höheren Wert als junge Studenten (T-Wert 50). Auch die Notwendigkeit, das Studium ganz (n=86) oder teilweise (n=58) selbst zu finanzieren, erhöht die Werte auf den Skalen Soziale Überlastung, Soziale Spannung, Mangel an sozialer Anerkennung sowie den Summenscore. Keinen Einfluss hatten Parameter wie „nichtdeutsche Hochschulzugangsberechtigung“, dagegen finden sich bei Studenten mit einer nicht-deutschen Muttersprache (n=61) und Sprachschwierigkeiten (n=12) häufiger überfordert, überlastet, sozial nicht anerkannt, chronisch besorgt und gestresst. Ein erhöhter Stress bei Medizin-Anfängern wird bei Frauen, älteren Studienanfängern sowie eigener Finanzierung gesehen. Überraschend war der geringe Einfluss von Parametern wie Deutsch als Fremdsprache, oder kulturelle Faktoren, die über einen oder beide Elternteile außerhalb Deutschlands oder der EU erfasst wurden.
Aims: We have provided evidence in former studies that cytokines (IL-8, TNF alpha, LBP, TGFß) measured in blood correlate negatively with lung function in deltaF508 homozygous patients. GAP junction proteins might be of importance for the influx of blood cells into the lung. Our aim was to assess the relationship between connexin genotypes and cytokines (IL-8, TNF-alpha, LBP, TGFß) in induced sputum and serum, and lung disease.
Methods: 36 patients homozygous for deltaF508 (median age 18 y, m/f 16/20, FEV1(%) 77) were examined. Sequence analysis was performed for genes encoding GAP junction protein alpha 1 (GJA1/connexin 43) and gap junction protein alpha 4 (GJA4/connexin 37). Cytokines were assessed in serum and induced sputum (IS) by chemiluminescence (DPC Biermann, Bad Homburg, Germany) as well as leukocyte counts.
Results: DNA analysis was performed in 35 patients. Whereas GJA1 showed only one rare heterozygous synonymous SNP (rs138386744) in one patient, four common SNPs were detected in GJA4. Two were synonymous changes, but the third variant (rs41266431) predicts an amino acid substitution (GTA → valine, ATA → isoleucine) as well as the fourth SNP (rs1764391: CCC→proline, TCC→serine). For rs41266431 patients with homozygosity for the G variant had higher IL-8 levels (median: 13.3/8.0 pg/ml, p=0.07) in serum as well as leukocytes in sputum (median: 2050/421 /µl p=0.041) than those showing heterozygosity (G/A). In individuals > 30 years lung function (FEV1 41.3/84.83 % predicted, p=0.07) was worse.
Conclusion: SNP rs41266431 seems a promising candidate for further investigations, suggesting GJA4 a potential disease modifying gene.
Modeling the effects of neuronal morphology on dendritic chloride diffusion and GABAergic inhibition
(2014)
Poster presentation at the Twenty Third Annual Computational Neuroscience Meeting: CNS*2014 Québec City, Canada. 26-31 July 2014.
Gamma-aminobutyric acid receptors (GABAARs) are ligand-gated chloride (Cl−) channels which mediate the majority of inhibitory neurotransmission in the CNS. Spatiotemporal changes of intracellular Cl− concentration alter the concentration gradient for Cl− across the neuronal membrane and thus affect the current flow through GABAARs and the efficacy of GABAergic inhibition. However, the impact of complex neuronal morphology on Cl− diffusion and the redistribution of intracellular Cl− is not well understood. Recently, computational models for Cl− diffusion and GABAAR-mediated inhibition in realistic neuronal morphologies became available [1-3]. Here we have used computational models of morphologically complex dendrites to test the effects of spines on Cl− diffusion. In all dendritic morphologies tested, spines slowed down longitudinal Cl− diffusion along dendrites and decreased the amount and spatial spread of synaptically evoked Cl− changes. Spine densities of 2-10 spines/µm decreased the longitudinal diffusion coefficient of Cl− to 80-30% of its value in smooth dendrites, respectively. These results suggest that spines are able to limit short-term ionic plasticity [4] at dendritic GABAergic synapses.
Poster presentation at The Twenty Third Annual Computational Neuroscience Meeting: CNS*2014 Québec City, Canada. 26-31 July 2014: We study random strongly heterogeneous recurrent networks of firing rate neurons, introducing the notion of cohorts: groups of co-active neurons, who compete for firing with one another and whose presence depends sensitively on the structure of the input. The identities of neurons recruited to and dropped from an active cohort changes smoothly with varying input features. We search for network parameter regimes in which the activation of cohorts is robust yet easily switchable by the external input and which exhibit large repertoires of different cohorts. We apply these networks to model the emergence of orientation and direction selectivity in visual cortex. We feed these random networks with a set of harmonic inputs that vary across neurons only in their temporal phase, mimicking the feedforward drive due to a moving grating stimulus. The relationship between the phases that carries the information about the orientation of the stimulus determines which cohort of neurons is activated. As a result the individual neurons acquire non-monotonic orientation tuning curves which are characterized by high orientation and direction selectivity. This mechanism of emergence for direction selectivity differs from the classical motion detector scheme, which is based on the nonlinear summation of the time-shifted inputs. In our model these two mechanisms coexist in the same network, but can be distinguished by their different frequency and contrast dependences. In general, the mechanism we are studying here converts temporal phase sequence into population activity and could therefore be used to extract and represent also various other relevant stimulus features.
Poster presentation: 28th Annual Scientific Meeting of the Society for Immunotherapy of Cancer (SITC)
Significant progress has been made over the last decade towards realizing the potential of natural killer (NK) cells for cancer immunotherapy. NK cells can respond rapidly to transformed and stressed cells, and have the intrinsic potential to extravasate and reach their targets in almost all body tissues. In addition to donor-derived primary NK cells, also continuously expanding cytotoxic cell lines such as NK-92 are being considered for adoptive cancer immunotherapy. High cytotoxicity of NK-92 has previously been shown against malignant cells of hematologic origin in preclinical studies, and general safety of infusion of NK-92 cells has been established in phase I clinical trials. To enhance their therapeutic utility, we genetically modified NK-92 cells to express chimeric antigen receptors (CAR) specific for tumor-associated surface antigens. Such CAR were composed of a tumor-specific scFv antibody fragment fused via hinge and transmembrane domains to intracellular signaling moieties such as CD3 zeta chain, or composite fusion molecules also containing a costimulatory protein domain in addition to CD3 zeta. For development towards clinical applications, here a codon-optimized second generation CAR was constructed that consists of an ErbB2-specific scFv antibody domain fused via a linker to a composite CD28-CD3 zeta signaling domain. GMP-compliant protocols for vector production, lentiviral transduction and expansion of a genetically modified NK-92 single cell clone (NK-92/5.28.z) were established. Functional analysis of NK-92/5.28.z cells revealed high and stable CAR expression, selective cytotoxicity against ErbB2-expressing but otherwise NK-resistant tumor cells of different origins in vitro, as well as homing to ErbB2-expressing tumors in vivo. Furthermore, antigen specificity and selective cytotoxicity of these cells were retained in vivo, resulting in antitumoral activity against subcutaneous and intracranial glioblastoma xenografts in NSG mice. Ongoing work now focuses on the development of these cells for adoptive immunotherapy of ErbB2-positive glioblastoma.
Das Medizinstudium und die spätere Berufstätigkeit werden als stressig angesehen; dennoch liegen nur wenige Daten zur Stressbelastung von Medizinstudenten und Ärzten vor. Als Teil einer umfangreichen Erhebung zur Stressbelastung haben wir die Stressbelastung und Resilienz von Frankfurter Medizinstudenten in den ersten Wochen des 1. vorklinischen Semesters erhoben (Trierer Inventar zum chronischen Stress TICS, Resilienz-Skala RS11); an der Studie nahmen 348 von 383 Studienanfängern (90,8%) teil. Übereinstimmend mit Ergebnissen aus dem 5. Semester zeigen die Studenten des 1. Semesters hohe Werte insbesondere in den Teilskalen Überlastung und Überforderung; auffallend sind ebenfalls hohe Werte in den Skalen Soziale Isolation und Summenscore. Ein T-Score (altersnormierter Normalwert = 50) über der 2fachen Vertrauensgrenze findet sich im Summenscore (17,2%), chronische Besorgnis (17,8%), Überforderung (11,2%) und Überlastung (22,7%), während in anderen Skalen entsprechende Werte nur bei 1–5% der Teilnehmer erreicht wurden. Die Skalen Überlastung, Erfolgsdruck, chronische Besorgnis sowie der Summenscore sind weitgehend normalverteilt (Schiefe <0,2), dieser Wert beträgt für die anderen Skalen 0,45–0,65. Zwischen den Unterskalen finden sich Korrelationskoeffizienten >0,5 für Überlastung und Überforderung sowie chronischer Besorgnis, zwischen Überforderung und mangelnder sozialer Anerkennung, sozialer Isolierung und chronischer Besorgnis sowie zwischen sozialen Spannungen, sozialer Isolierung und chronischer Besorgnis. Parallel wurde die Resilienz mit Hilfe des Fragebogens RS11 erhoben (kein Optimum, hohe Werte weisen auf Resilienz hin). Bei einer Maximalpunktzahl von 77 erreichten die Studenten 62,2 +/– 8,8 Punkte, bei einer ausgeprägten rechtsschiefen Verteilung. Zwischen der Stressbelastung und der Resilienz fand sich keine relevante Korrelation, mit einem Maximalwert von –0,267 zwischen dem RS11-Score und der Subskala Überforderung. Die Daten belegen ein bereits zu Studienbeginn vorliegendes hohes Maß an Überlastung und Überforderung; dieser Stress korreliert nicht mit der Fähigkeit, mit Stress adäquat umzugehen (Resilienz).
Oral presentation: 23rd World Congress of the World Society of Cardio-Thoracic Surgeons. Split, Croatia. 12-15 September 2013.
Background: In the past, questions have been raised, whether an open flexible annuloplasty band can reliably prevent recurrent mitral valve regurgitation. The purpose of this study was to evaluate the durability of mitral valve repair at midterm, using the Cosgrove-Edwards annuloplasty band in a homogenic patient cohort.
Methods: From January 2004 to December 2007, 157 consecutive patients with degenerative mitral valve disease were included in the study. All had quadrangular resection of a P2 prolapse and annuloplasty with a Cosgrove-Edwards annuloplasty band. Clinical and echocardiography follow-up was complete.
Results: There was no intraoperative or 30 day mortality. After a mean follow-up of 5.0 ± 1.9 years, survival was 94.3%. At midterm, freedom from reoperations was 98.9%, freedom from thromboembolism was 97.5% and freedom from endocarditis was 99.4%. Echocardiography follow-up showed recurrent mitral valve regurgitation higher than grade 2 in two patients. Mean ejection fraction was 60.3 ± 10.2%, left atrial diameter was 42 ± 7 mm, mean gradient was 3.2 ± 1.4 mmHg, effective orifice area was 3.3 ± 1.3cm², mitral leaflet coaptation length was 7.5 ± 1.9 mm and mitral leaflet tethering height was 6.2 ± 2.3 mm.
Conclusion: Mitral valve repair using the Cosgrove annuloplasty band for degenerative mitral valve disease provides an effective and durable form of reconstruction.
Oral presentation: 23rd World Congress of the World Society of Cardio-Thoracic Surgeons. Split, Croatia. 12-15 September 2013.
Background: Partial upper sternotomy (PUS) is established less invasive approach for single and double valve surgery. Reports of aortic surgery performed through PUS are rare.
Methods: The records of 52 patients undergoing primary elective surgery on the proximal aorta through PUS between 2005 and 2011 were reviewed. Patients mean age was 57 years, 35% were in NYHA Class III or IV, 59% had recent cardiac decompensation, and 17% had pulmonary hypertension. The PUS was taken down to the 4th left intercostal space in 44 patients (85%).
Results: No conversion to full sternotomy was necessary. The aortic cross-clamp, cardiopulmonary bypass and operative times averaged 136 ± 20 min., 186 ± 36 min. and 327 ± 83 min., respectively. In eight patients, the right axillary artery was cannulated for establishing cardiopulmonary bypass; the others were cannulated centrally. All patients except one received a procedure on the ascending aorta, either replacement in 30 (58%) or reduction aortoplasty in 21 (40%). Aortic root replacement was additionally performed in 31 patients (60%), including David in 20 (38%) and Ross procedure in 6 (11.5%). The aortic arch was replaced either partially in 5 (10%) or totally in 3 (6%) patients, in moderate hypothermia employing antegrade cerebral perfusion. Additional procedures, included mitral valve repair in 15 (29%) patients and coronary grafting. Ventilation time, intensive care unit and hospital stay averaged 17 ± 12 hours, 2 ± 1, and 11 ± 9 days. Chest drainage was 470 ± 380 ml/24 hours. Permanent neurologic deficit did not occur. Wound dehiscence was observed in a single patient (2%). Thirty-day and hospital mortality were not observed.
Conclusions: Less invasive surgery on the aortic root, ascending aorta and aortic arch can be performed safely and reproducibly. Potential benefits include a minimized risk of wound dehiscence and reduced postoperative bleeding. The PUS does not compromise the quality of the operation.
Cytoprotective functions of amyloid precursor protein family members in stress signaling and aging
(2013)
Poster presentation: Molecular Neurodegeneration: Basic biology and disease pathways Cannes, France. 10-12 September 2013.
Background: The amyloid precursor protein (APP) is processed via two different metabolic pathways: the amyloidogenic and the non-amyloidogenic pathway, the latter of which leading to generation of the secreted N-terminal APP fragment sAPPα [1]. Previous studies from our group suggest that sAPPα exerts potent neuroprotective effects and inhibits stress-triggered cell death via modulation of gene expression, as well as by antagonizing different types of neurotoxic stress [2]. It was also observed that the biochemical processing of APP is downregulated during aging which in turn reduced the secretion of sAPPα [3]. Based on these observations, we have studied the potential physiological function of sAPPα/APP and APLPs (APP like proteins) on the regulation of age-associated, stress induced signaling pathways, apoptosis and senescence.
Materials and methods: SH-SY5Y, PC12, IMR90 cells were used as cellular models. Depletion of APP, APLP1 (APP like protein 1) and APLP2 (APP like protein 2) in SH-SY5Y cells was achieved by stable lentiviral knockdown. To analyze the protective function of sAPPα, we have used conditioned supernatants of wild type APP overexpressing HEK cells and recombinant His-tagged sAPPα purified from yeast. The cells were treated with sAPPα prior to the addition of different stress stimuli (MG132, epoxomicin, UV, H2O2) after which cell death, gene expression and senescence were analyzed by MTT assays, caspase activity assays, Western blots and X-Gal staining respectively.
Results: Our data show that sAPPα can antagonize premature senescence induced by repetitive short term induction of proteasomal stress in IMR-90 cells and apoptosis triggered by prolonged proteasomal stress and other death stimuli in PC12, SH-SY5Y and IMR90 cells which was accompanied by a sAPPα-dependent inhibition of the JNK stress signaling pathway. In contrast, no significant changes in cell viability and apoptosis were observed when APP knockdown cells were pretreated with sAPPα.
Conclusions: Our observations suggest that sAPPα can antagonize both apoptosis and cellular senescence and requires expression of holo-APP to mediate its cytoprotective effects. They also support the notion that the physiological function of APP is linked to modulation of neuronal and brain aging.