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Institute
Quantification of circulating endothelial progenitor cells using the modified ISHAGE protocol
(2010)
Aims: Circulating endothelial progenitor cells (EPC), involved in endothelial regeneration, neovascularisation, and determination of prognosis in cardiovascular disease can be characterised with functional assays or using immunofluorescence and flow cytometry. Combinations of markers, including CD34+KDR+ or CD133+KDR+, are used. This approach, however may not consider all characteristics of EPC. The lack of a standardised protocol with regards to reagents and gating strategies may account for the widespread inter-laboratory variations in quantification of EPC. We, therefore developed a novel protocol adapted from the standardised so-called ISHAGE protocol for enumeration of haematopoietic stem cells to enable comparison of clinical and laboratory data. Methods and Results: In 25 control subjects, 65 patients with coronary artery disease (CAD; 40 stable CAD, 25 acute coronary syndrome/acute myocardial infarction (ACS)), EPC were quantified using the following approach: Whole blood was incubated with CD45, KDR, and CD34. The ISHAGE sequential strategy was used, and finally, CD45dimCD34+ cells were quantified for KDR. A minimum of 100 CD34+ events were collected. For comparison, CD45+CD34+ and CD45-CD34+ were analysed simultaneously. The number of CD45dimCD34+KDR+ cells only were significantly higher in healthy controls compared to patients with CAD or ACS (p = 0.005 each, p<0.001 for trend). An inverse correlation of CD45dimCD34+KDR+ with disease activity (r = -0.475, p<0.001) was confirmed. Only CD45dimCD34+KDR+ correlated inversely with the number of diseased coronaries (r = -0.344; p<0.005). In a second study, a 4-week de-novo treatment of atorvastatin in stable CAD evoked an increase only of CD45dimCD34+KDR+ EPC (p<0.05). CD45+CD34+KDR+ and CD45-CD34+KDR+ were indifferent between the three groups. Conclusion: Our newly established protocol adopted from the standardised ISHAGE protocol achieved higher accuracy in EPC enumeration confirming previous findings with respect to the correlation of EPC with disease activity and the increase of EPC during statin therapy. The data of this study show the CD45dim fraction to harbour EPC.
Background: Clock genes and their protein products regulate circadian rhythms in mammals but have also been implicated in various physiological processes, including bone formation. Osteoblasts build new mineralized bone whereas osteoclasts degrade it thereby balancing bone formation. To evaluate the contribution of clock components in this process, we investigated mice mutant in clock genes for a bone volume phenotype. Methodology/Principal Findings: We found that Per2Brdm1 mutant mice as well as mice lacking Cry2-/- displayed significantly increased bone volume at 12 weeks of age, when bone turnover is high. Per2Brdm1 mutant mice showed alterations in parameters specific for osteoblasts whereas mice lacking Cry2-/- displayed changes in osteoclast specific parameters. Interestingly, inactivation of both Per2 and Cry2 genes leads to normal bone volume as observed in wild type animals. Importantly, osteoclast parameters affected due to the lack of Cry2, remained at the level seen in the Cry2-/- mutants despite the simultaneous inactivation of Per2. Conclusions/Significance: This indicates that Cry2 and Per2 affect distinct pathways in the regulation of bone volume with Cry2 influencing mostly the osteoclastic cellular component of bone and Per2 acting on osteoblast parameters.
Background: An inducible release of soluble junctional adhesion molecule-A (sJAM-A) under pro-inflammatory conditions was described in cultured non-CNS endothelial cells (EC) and increased sJAM-A serum levels were found to indicate inflammation in non-CNS vascular beds. Here we studied the regulation of JAM-A expression in cultured brain EC and evaluated sJAM-A as a serum biomarker of blood-brain barrier (BBB) function. Methodology/Principal Findings: As previously reported in non-CNS EC types, pro-inflammatory stimulation of primary or immortalized (hCMEC/D3) human brain microvascular EC (HBMEC) induced a redistribution of cell-bound JAM-A on the cell surface away from tight junctions, along with a dissociation from the cytoskeleton. This was paralleled by reduced immunocytochemical staining of occludin and zonula occludens-1 as well as by increased paracellular permeability for dextran 3000. Both a self-developed ELISA test and Western blot analysis detected a constitutive sJAM-A release by HBMEC into culture supernatants, which importantly was unaffected by pro-inflammatory or hypoxia/reoxygenation challenge. Accordingly, serum levels of sJAM-A were unaltered in 14 patients with clinically active multiple sclerosis compared to 45 stable patients and remained unchanged in 13 patients with acute ischemic non-small vessel stroke over time. Conclusion: Soluble JAM-A was not suited as a biomarker of BBB breakdown in our hands. The unexpected non-inducibility of sJAM-A release at the human BBB might contribute to a particular resistance of brain EC to inflammatory stimuli, protecting the CNS compartment.
Respiratory chain complexes in dynamic mitochondria display a patchy distribution in life cells
(2010)
Background: Mitochondria, the main suppliers of cellular energy, are dynamic organelles that fuse and divide frequently. Constraining these processes impairs mitochondrial is closely linked to certain neurodegenerative diseases. It is proposed that functional mitochondrial dynamics allows the exchange of compounds thereby providing a rescue mechanism. Methodology/Principal Findings: The question discussed in this paper is whether fusion and fission of mitochondria in different cell lines result in re-localization of respiratory chain (RC) complexes and of the ATP synthase. This was addressed by fusing cells containing mitochondria with respiratory complexes labelled with different fluorescent proteins and resolving their time dependent re-localization in living cells. We found a complete reshuffling of RC complexes throughout the entire chondriome in single HeLa cells within 2–3 h by organelle fusion and fission. Polykaryons of fused cells completely re-mixed their RC complexes in 10–24 h in a progressive way. In contrast to the recently described homogeneous mixing of matrix-targeted proteins or outer membrane proteins, the distribution of RC complexes and ATP synthase in fused hybrid mitochondria, however, was not homogeneous but patterned. Thus, complete equilibration of respiratory chain complexes as integral inner mitochondrial membrane complexes is a slow process compared with matrix proteins probably limited by complete fusion. In co-expressing cells, complex II is more homogenously distributed than complex I and V, resp. Indeed, this result argues for higher mobility and less integration in supercomplexes. Conclusion/Significance: Our results clearly demonstrate that mitochondrial fusion and fission dynamics favours the re-mixing of all RC complexes within the chondriome. This permanent mixing avoids a static situation with a fixed composition of RC complexes per mitochondrion.
Background: Decoding of frequency-modulated (FM) sounds is essential for phoneme identification. This study investigates selectivity to FM direction in the human auditory system. Methodology/Principal Findings: Magnetoencephalography was recorded in 10 adults during a two-tone adaptation paradigm with a 200-ms interstimulus-interval. Stimuli were pairs of either same or different frequency modulation direction. To control that FM repetition effects cannot be accounted for by their on- and offset properties, we additionally assessed responses to pairs of unmodulated tones with either same or different frequency composition. For the FM sweeps, N1m event-related magnetic field components were found at 103 and 130 ms after onset of the first (S1) and second stimulus (S2), respectively. This was followed by a sustained component starting at about 200 ms after S2. The sustained response was significantly stronger for stimulation with the same compared to different FM direction. This effect was not observed for the non-modulated control stimuli. Conclusions/Significance: Low-level processing of FM sounds was characterized by repetition enhancement to stimulus pairs with same versus different FM directions. This effect was FM-specific; it did not occur for unmodulated tones. The present findings may reflect specific interactions between frequency separation and temporal distance in the processing of consecutive FM sweeps.
Variants resistant to compounds specifically targeting HCV are observed in clinical trials. A multi-variant viral dynamic model was developed to quantify the evolution and in vivo fitness of variants in subjects dosed with monotherapy of an HCV protease inhibitor, telaprevir. Variant fitness was estimated using a model in which variants were selected by competition for shared limited replication space. Fitness was represented in the absence of telaprevir by different variant production rate constants and in the presence of telaprevir by additional antiviral blockage by telaprevir. Model parameters, including rate constants for viral production, clearance, and effective telaprevir concentration, were estimated from 1) plasma HCV RNA levels of subjects before, during, and after dosing, 2) post-dosing prevalence of plasma variants from subjects, and 3) sensitivity of variants to telaprevir in the HCV replicon. The model provided a good fit to plasma HCV RNA levels observed both during and after telaprevir dosing, as well as to variant prevalence observed after telaprevir dosing. After an initial sharp decline in HCV RNA levels during dosing with telaprevir, HCV RNA levels increased in some subjects. The model predicted this increase to be caused by pre-existing variants with sufficient fitness to expand once available replication space increased due to rapid clearance of wild-type (WT) virus. The average replicative fitness estimates in the absence of telaprevir ranged from 1% to 68% of WT fitness. Compared to the relative fitness method, the in vivo estimates from the viral dynamic model corresponded more closely to in vitro replicon data, as well as to qualitative behaviors observed in both on-dosing and long-term post-dosing clinical data. The modeling fitness estimates were robust in sensitivity analyses in which the restoration dynamics of replication space and assumptions of HCV mutation rates were varied.
Background: A delta and C fibers are the major pain-conducting nerve fibers, activate only partly the same brain areas, and are differently involved in pain syndromes. Whether a stimulus excites predominantly A delta or C fibers is a commonly asked question in basic pain research but a quick test was lacking so far. Methodology/Principal Findings: Of 77 verbal descriptors of pain sensations, "pricking", "dull" and "pressing" distinguished best (95% cases correctly) between A delta fiber mediated (punctate pressure produced by means of von Frey hairs) and C fiber mediated (blunt pressure) pain, applied to healthy volunteers in experiment 1. The sensation was assigned to A delta fibers when "pricking" but neither "dull" nor "pressing" were chosen, and to C fibers when the sum of the selections of "dull" or "pressing" was greater than that of the selection of "pricking". In experiment 2, with an independent cohort, the three-descriptor questionnaire achieved sensitivity and specificity above 0.95 for distinguishing fiber preferential non-mechanical induced pain (laser heat, exciting A delta fibers, and 5-Hz electric stimulation, exciting C fibers). Conclusion: A three-item verbal rating test using the words "pricking", "dull", and "pressing" may provide sufficient information to characterize a pain sensation evoked by a physical stimulus as transmitted via A delta or via C fibers. It meets the criteria of a screening test by being easy to administer, taking little time, being comfortable in handling, and inexpensive while providing high specificity for relevant information.
Activation of hypoxia inducible factor 1 is a general phenomenon in infections with human pathogens
(2010)
Background: Hypoxia inducible factor (HIF)-1 is the key transcriptional factor involved in the adaptation process of cells and organisms to hypoxia. Recent findings suggest that HIF-1 plays also a crucial role in inflammatory and infectious diseases. Methodology/Principal Findings: Using patient skin biopsies, cell culture and murine infection models, HIF-1 activation was determined by immunohistochemistry, immunoblotting and reporter gene assays and was linked to cellular oxygen consumption. The course of a S. aureus peritonitis was determined upon pharmacological HIF-1 inhibition. Activation of HIF-1 was detectable (i) in all ex vivo in biopsies of patients suffering from skin infections, (ii) in vitro using cell culture infection models and (iii) in vivo using murine intravenous and peritoneal S. aureus infection models. HIF-1 activation by human pathogens was induced by oxygen-dependent mechanisms. Small colony variants (SCVs) of S. aureus known to cause chronic infections did not result in cellular hypoxia nor in HIF-1 activation. Pharmaceutical inhibition of HIF-1 activation resulted in increased survival rates of mice suffering from a S. aureus peritonitis. Conclusions/Significance: Activation of HIF-1 is a general phenomenon in infections with human pathogenic bacteria, viruses, fungi and protozoa. HIF-1-regulated pathways might be an attractive target to modulate the course of life-threatening infections.
Background: R-flurbiprofen, one of the enantiomers of flurbiprofen racemate, is inactive with respect to cyclooxygenase inhibition, but shows analgesic properties without relevant toxicity. Its mode of action is still unclear. Methodology/Principal Findings: We show that R-flurbiprofen reduces glutamate release in the dorsal horn of the spinal cord evoked by sciatic nerve injury and thereby alleviates pain in sciatic nerve injury models of neuropathic pain in rats and mice. This is mediated by restoring the balance of endocannabinoids (eCB), which is disturbed following peripheral nerve injury in the DRGs, spinal cord and forebrain. The imbalance results from transcriptional adaptations of fatty acid amide hydrolase (FAAH) and NAPE-phospholipase D, i.e. the major enzymes involved in anandamide metabolism and synthesis, respectively. R-flurbiprofen inhibits FAAH activity and normalizes NAPE-PLD expression. As a consequence, R-Flurbiprofen improves endogenous cannabinoid mediated effects, indicated by the reduction of glutamate release, increased activity of the anti-inflammatory transcription factor PPAR gamma and attenuation of microglia activation. Antinociceptive effects are lost by combined inhibition of CB1 and CB2 receptors and partially abolished in CB1 receptor deficient mice. R-flurbiprofen does however not cause changes of core body temperature which is a typical indicator of central effects of cannabinoid-1 receptor agonists. Conclusion: Our results suggest that R-flurbiprofen improves the endogenous mechanisms to regain stability after axonal injury and to fend off chronic neuropathic pain by modulating the endocannabinoid system and thus constitutes an attractive, novel therapeutic agent in the treatment of chronic, intractable pain.
Die vorliegende Promotionsarbeit fokussiert auf das transfusionsbedingte Infektionsrisiko bezüglich Hepatitis B-Virus Infektionen. Da das Restinfektionsrisiko bezüglich Hepatitis B deutlich höher als das Restinfektionsrisiko bezüglich Hepatitis C oder HIV-Virus Infektionen anzusehen ist, konzentriert sich die vorliegende Arbeit auf den Stellenwert von Anti-HBc Antikörper für das Blutspenderscreening. In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst unterschiedliche Anti-HBs Screening Assays synoptisch bezüglich der Sensitivität und Spezifität sowie anderer Test-Parameter miteinander verglichen und die Prävalenz und Infektiosität Anti-HBc-Ak positiver Blutspenden des Blutspendedienstes Hessen / Baden-Württemberg untersucht. Anschließend erfolgte eine Screening an fünf unterschiedlichen Standorten in Deutschland zur Prävalenz von Anti-HBc sowie zum Prozentsatz von chronisch infizierten Hepatitis B positiven Spendern. Anhand von Lookback Untersuchungen von chronisch infizierten Anti-HBc positiven und HBV DNA positiven Spendern konnte untersucht werden, inwieweit die Transfusion dieser niedrig virämischen Spender zu einer Übertragung von Hepatitis B in der Vergangenheit geführt hat. Darüber hinaus wurde eine Fall-Kontroll-Studie durchgeführt, mit der Fragestellung, inwieweit allein das Vorhandensein von Hepatitis B Antikörper (Anti-HBc Antikörper und Anti-HBe Antikörper) ohne Nachweis von HBV DNA, bereits ein erhöhtes Transfusionsrisiko darstellt. Zusätzlich wurden Daten bezüglich der heutigen Relevanz der HBs-Ag Testung im Blutspendewesen erhoben. Anschließend wurden alle drei für die Doktorarbeit relevanten Screeningparameter bezüglich Hepatitis B für das Blutspenderscreening (HBV Minipool PCR, HBs-Ag Test und Anti-HBc Test) bezüglich der Kosten pro gewonnenen QALY (Quality Adjusted Life Years) berechnet und wieder synoptisch miteinander verglichen. In der abschließenden Diskussion wurden unterschiedliche Screening Szenarien auf ihre Wertigkeit bezüglich der Sicherheit der Blutprodukte sowie auf ihre Kosten-Nutzen-Analyse hin betrachtet. Festgestellt wurde, dass durch die Anti-HBc-Ak Diagnostik im Blutspendewesen eine erhöhte Sicherheit bezüglich einer transfusionsbedingten HBV Transmission erzielt werden kann. Unter ca. 1,4 Millionen untersuchten Spendern konnten 21 HBV DNA positive Spender (alle niedrige HBV DNA Konzentrationen) ermittelt werden. Bei keinem der jeweiligen Empfänger konnte eine Infektion bestätigt werden, bei einem wäre sie möglich gewesen. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich das PRISM® HBcore™ Testsystem wegen guter Sensitivität aber auch gleichzeitig guter Spezifität (signifikant besser als PRISM® HBc™) am besten zur Anti-HBc-Ak Routinetestung im Blutspendedienst eignet und selbst bei sehr hohem Probenaufkommen bewährt hat. Im Vergleich unterschiedlicher Testsysteme hatte der AxSym® CORE™ die höchste analytische Sensitivität, im weiteren Vergleich schnitten die untersuchten Assays annähernd gleich ab, zwischen dem PRISM® HBcore™ und PRISM® HBc™ konnte kein weiterer signifikanter Unterschied festgestellt werden. Des weiteren konnte gezeigt werden, dass Anti-HBc-Ak einen guten und sinnvollen Parameter zur HBV Diagnostik darstellt, der, in Verbindung mit der Pool-PCR, eventuell sogar die HBs-Ag Testung abzulösen in der Lage ist. Anhand der im Rahmen dieser Studie erhobenen Daten wären alle HBs-Ag positiven Blutprodukte auch mittels der Pool-PCR und Anti-HBc-Ak Diagnostik identifiziert worden. Darüber hinaus wurden einige HBV positive Blutprodukte mit diesen Verfahren erkannt, die mittels der klassischen HBs-Ag Testung übersehen worden wären. Bestätigt Anti-HBc-Ak positive Spender lassen sich anhand zusätzlicher serologischer Parameter (Anti-HBe-Ak und Anti-HBs-Ak) und wiederholter Testung bestimmen und so auch bestätigen; Die gemessenen S/CO-Werte der einzelnen untersuchten Testsysteme sind in der Lage einen Hinweis auf eine mögliche unspezifische Anti-HBc-Ak Reaktivität geben, so dass in Verbindung mit zusätzlichen HBV Parametern (z.B. Anti-HBe-Ak), die Richtigkeit des Ergebnisses besser eingeschätzt werden kann. Mittels Testung auf weitere HBV Marker (Einzelproben-PCR, Anti-HBs-Ak) können, wie es bereits gesetzlich geregelt wurde, Anti-HBc-Ak positive Blutprodukte durch ein „Re-Entry“ Verfahren wieder der Patientenverwendung zugeführt werden, ohne das HBV Transmissionsrisiko zu erhöhen. Die vorliegende Studie bestätigt diese Annnahme: Es konnte keine einzige HBV Transmission durch Anti-HBc-Ak positives Blut bewiesen werden, welches HBV PCR negativ (Sens. < 5,6 IU/ml) war. Die Prävalenz der Anti-HBc-Ak positiven Blutspender betrug vor Einführung der Anti-HBc-Ak Testung ca. 1,61%, im Spenderkollektiv wird sie aber wegen Selektionierung in den nächsten Jahren stark rückläufig sein.
Das visuelle Arbeitsgedächtnis (AG) kann visuelle Information enkodieren, über eine kurze Zeitperiode aktiv halten und mit neu wahrgenommener Information vergleichen. Dadurch ermöglicht es eine Reihe höherer kognitiver Funktionen ( z.B. Kopfrechnen). Störungen des visuellen AGs sind ein relevantes Symptom neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen. Die funktionellen und neuronalen Prozesse, die dem visuellen AG unterliegen, stellen eine fundamentale Frage der kognitiven Neurowissenschaft dar. Bisherige Forschung hat bereits einen großen Beitrag zum Verständnis der Vorgänge während der Enkodierungs- und Halte-Phase des AGs geleistet. Die neuronalen Korrelate der Wiedererkennung (WE) hingegen sind relativ unbekannt. Ziel der vorliegenden Studie war es, die neuronalen Mechanismen der WE anhand zweier Modulationen (Gedächtnisbelastung und Ähnlichkeit zwischen Merk- und Test-Stimulus) zu erforschen. Den neuronalen Grundlagen von Ähnlichkeit zwischen wurde bislang nahezu keine Beachtung geschenkt, ihre Untersuchung stellte deshalb eine wesentliche Motivation der Arbeit dar. Da erhöhte Gedächtnislast bei einer endlichen Anzahl an Stimuli zu einer erhöhten Anzahl an möglichen ähnlichen Test-Stimuli und auf diese Weise zu einer erhöhten Ähnlichkeit zwischen Merk- und Test-Stimulus führen kann, sind die Effekte beider Modulationen konfundiert. Es sollte deshalb zusätzlich der Nachweis für einen ähnlichkeitsunabhängigen Lasteffekt erbracht werden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation stand der zeitliche Ablauf der zu erwartenden kortikalen Aktivationen im Mittelpunkt des Interesses. Aus diesem Grund kam die Magnetenzephalographie (MEG) mit ihrem hervorragenden zeitlichen und guten räumlichen Auflösungsvermögen zum Einsatz. Die neuronale Aktivität von 17 Probanden wurde mittels MEG erfasst. Zusätzlich wurden Verhaltensdaten (VD) in Form von Reaktionszeit (RZ) und Korrektheit (KH) der Antworten aufgezeichnet. Als Stimuli dienten 15 verschiedene Farben, die einmal den gesamten Farbkreis abbildeten. 1 oder 3 verschiedenfarbige Quadrate dienten als Merk-Stimuli und ein farbiges Quadrat, das einem der vorher gezeigten glich (G), ihm ähnlich (Ä) oder unähnlich (U) war, folgte als Test-Stimulus. Die Probanden antworteten per Fingerheben aus einer Lichtschranke, ob der Test-Stimulus dem Merk-Stimulus glich (G) oder nicht glich (Ä, U). Insgesamt führten die 2 Belastungsmodulationen und die 3 Ähnlichkeitsmodulationen zu einem 2 x 3 Design, das eine Untersuchung der Haupteffekte und Interaktionen von Ähnlichkeit und Last ermöglichte. Die Ergebnisse der VD decken sich mit früheren Erkenntnissen, die mit ansteigender Gedächtnislast und Ähnlichkeit von einer signifikanten Verminderung der KH der Antworten sowie einer signifikanten Zunahme der RZ berichteten. Zusätzlich konnte eine signifikante Interaktion beider Modulationen beobachtet werden. Mit zunehmender Gedächtnislast verlängerte sich die RZ, bzw. verminderte sich die KH der Antworten für gleiche Testreize stärker als für ungleiche (Ä, U). Es konnten wesentliche neue Erkenntnisse über die neuronalen Korrelate der WE im visuellen AG gewonnen werden. Für die Ähnlichkeits-Modulation konnten drei zeitlich, räumlich und funktionell distinkte Ereigniskorrelierte-Felder (EKF)-Komponenten detektiert werden: eine frühe Komponente, die stärker auf U im Vergleich zu Ä und G Stimuli ansprach, eine mittlere, die mit der Schwierigkeit der Aufgabe assoziiert war sowie eine späte Komponente, die als Korrelat einer kategorialen Entscheidung interpretiert wurde. Diese Ergebnisse replizieren Befunde von Studien über die Entscheidungsfindung und die summierte Ähnlichkeit im Langzeitgedächtnis (LZG) und liefern gleichzeitig neue Hinweise für eine funktionelle Dissoziation verschiedener Komponenten der WE im visuellen AG. Die WE scheint aus der Berechnung der summierten Ähnlichkeit, der Entscheidungsfindung sowie der Evidenzevaluation unter schwierigeren Bedingungen zu bestehen. Es gelang außerdem der Nachweis eines ähnlichkeitsunabhängigen Effektes der Lastmodulation. Es konnte eine bilateral parieto-okzipitale sowie eine linksseitig fronto-temporale Aktivierung erfasst werden, die wahrscheinlich allgemeinen Schwierigkeitseffekten entsprechen. Unter ansteigender Gedächtnisbelastung kam es zu einer Zunahme der Amplitude beider Aktivitäten. Diese Ergebnisse bestätigen Befunde über die Amplitudenentwicklung während der Halte-Phase, die als Heranziehung zusätzlicher Ressourcen unter schwierigeren Bedingungen gedeutet wurden. Die EKF-Daten konnten jedoch keine Bestätigung des in den VD nachgewiesenen Interaktionseffektes bringen. Vielversprechende Ansätze für zukünftige Studien bieten eine präzisere Bestimmung der räumlichen Verteilung sowie eine weitere Evaluation der kognitiven Funktion der neuronalen Aktivität der Ähnlichkeit, da die Ähnlichkeit zwischen Merk- und Test-Stimulus eine entscheidende Rolle bei der Beschränkung der WE-Leistung einzunehmen scheint.
2.1. Background & purpose The recent introduction of new technical innovations such as CT perfusion (CTP) and dual energy CT (DECT) increases the diagnostic abilities of CT for imaging of the head and neck (H&N). The aim of this work was to evaluate the role of CTP and DECT in head and neck imaging. The first part tests whether CTP can differentiate between malignant H&N tumors and surrounding muscle, and discusses the impact of arterial input selection and tumor region of interest (ROI) on CTP of H&N cancer. The second part of the study evaluates radiation dose and image quality of DECT of the H&N. Finally the use of DE derived weighted averaging to improve lesion delineation and image quality is discussed. 2.2. Patients and methods CT perfusion Retrospective analysis of CTP was done for a total number of 55 cases of H&N tumors. Perfusion parameters were calculated for 33 cases of squamous cell carcinoma (SCC) and compared to those of muscles. CTP parameters of 50 cases of H&N tumors calculated using different arterial input functions were compared. CTP was calculated for 28 SCC cases using the single dynamic CT section that shows maximal tumor dimension compared to using average values obtained from all tumor-containing dynamic CT sections. Dual energy CT of head and neck This prospective part of the study was further divided into 2 parts. In the first part 32 consecutive patients underwent DECT of the H&N and were compared to a standard single energy CT (SE) control group. Radiation doses were compared. Weighted-average images from raw data of the 2 DE tubes (weighting factor 0.3 from 80 kVp and 0.7 from 140 KVp) were compared to SE images. Image noise was compared at 5 anatomic levels. Two blinded readers compared subjective overall image quality on a 5-point grading scale. In the second part 35 proved SCC cases underwent DECT of the neck. Pure 140 kVp and 80 kVp image datasets as well as weighted-average images from raw data of the 2 DE tubes at weighting factors 0.3, 0.6, 0.8 (30%, 60% and 80% from 80 kVp raw data respectively) were reconstructed. Objective image noise, contrast to noise ratio (CNR) and subjective image quality were compared between the 5 image datasets. Results CT perfusion Tumor perfusion parameters were significantly higher than those of muscle (p <0.05). Significant high correlation with no significant differences between the means (p >0.05) were observed between perfusion parameters obtained using internal carotid artery (ICA) versus external carotid artery (ECA) and ipsilateral versus contralateral ICA. High correlation was observed between perfusion parameters calculated using one section with maximal tumor dimension and the average of multiple sections. Differences between the means were non significant, p values>0.05. The 95% limits of agreement between repeated measurements using average of multiple sections were slightly narrower for blood volume and permeability than those of repeated measurements using one section. Dual energy CT of head and neck CTDIvol was 12% lower with DE than SECT (p<0.0001). There were no significant differences in objective noise between DECT and SECT at any of the anatomic levels (p >0.05). There were no significant differences between DE- and SECT in attenuation measurements, all p values >0.05. No significant differences in subjective image quality scores were observed between DE- and SECT at any of the 5 anatomic levels (p >0.05). At weighting factor 0.6 the lesion CNR was significantly higher than at weighting factor 0.3 and at pure 140 kVp image dataset (p< 0.0001); while non significantly lower than at weighting factor 0.8 and pure 80 kVp (p=1.00). The 0.6 weighting factor was rated the best at subjective image quality and lesion delineation. 2.4. Conclusion In conclusion; this study demonstrated the ability of CTP to differentiate SCC from surrounding muscle tissue. The choice of arterial input selection has no significant impact on quantitative CTP of H&N tumors. CTP of SCC calculated from one section with maximal tumor dimensions and the average values from multiple sections are not significantly different. The second part of the study showed that DE scanning can be routinely used for H&N imaging; preserving high diagnostic image quality even when the radiation dose was lowered by 12%. Average weighting of DE raw data, with a weighting factor 0.6, results in significant improvement in both tumor delineation and image quality.
Ziel der vorliegenden experimentellen Untersuchung war die Erfassung und vergleichende Beurteilung der mechanischen Belastbarkeit sowie des Frakturverhaltens von karbonfaserverstärkten, keramischen und palladiumfreien Wurzelstiftsystemen. Des Weiteren galt es, die Ergebnisse im Vergleich zum Permador®-Stift, dessen Bewährung in einer vorangegangenen klinischen Untersuchung nachgewiesen wurde, und zu wurzelgefüllten Zähnen zu überprüfen. Gegenstand der Untersuchung waren der palladiumhaltige Permador®-Stift, die palladiumfreien Stiftaufbausysteme AF1, ER® Pt-IR, die keramischen Stifte Cerapost®, Celay® Alumina und Celay® Zirkonia sowie der Karbonfaserstift Composipost®. Als Kontrollgruppe dienten wurzelgefüllte, nicht stiftversorgte Wurzeln. Um die Streuung der Messwerte, die durch die individuell unterschiedliche Dimensionierung und Morphologie von extrahierten natürlichen Frontzähnen beeinflusst werden, zu minimieren, fanden künstliche Zähne aus dem lichthärtenden BisGMAKomposit Estilux hybrid VS posterior (Heraeus Kulzer, Wehrheim/Ts.), Verwendung. Dessen Elastizitätsmodul beträgt nach Aushärtung 19.000 MPa und entspricht somit dem Wert des natürlichen Dentins. Die Herstellung der Wurzeln, Aufbauten und Kronen fand mit sogenannten Modeln statt, wodurch die Herstellung identischer Prüfkörper gewährleistet wurde. Als Aufbaumaterial fand für die metallischen Stiftsysteme ein Phantom-Metall, für das Cerapost®- und Composipost®-System ein Komposit und für die kopiergefrästen Systeme Celay® Alumina und Celay® Zirkonia-Keramik Verwendung. Sämtliche Stiftverankerungen wurden, nach Konditionierung mit dem Rocatec®-Verfahren, mit Panavia® 21 in den Wurzeln zementiert. Im Anschluss erfolgte die Zementierung standardisierter Kronen aus Phantommetall auf allen Wurzeln. Die zyklische Wechselbelastung (1,2x106 Zyklen; 1,4 Hz und 30 N) wurde im Willytec-Kausimulator Version 3.1. (Fa. Willytec, München) vorgenommen. Die Simulation der Wurzelhaut für die Wechsel- und die Bruchbelastung wurde durch Einbettung der Wurzeln in einem Elastomer (Permadyne® Garant; Espe, Seefeld) vorgenommen. In einer Universal-Prüfmaschine (Zwicki 1120; Zwick, Ulm) (Vorschubgeschwindigkeit 0,5 mm/min) wurden die Versuchszähne palatinal, 2 Millimeter unterhalb der Inzisalkante, unter einem Winkel von 135° bis zum Bruch der Wurzel belastet. Hinsichtlich der Bruchlast ergaben die Medianwerte folgende Resultate: Metallstifte: Permador®: 475,4 N; AF1: 444,7 N; ER Pt-Ir: 422,4 N. Der KRUSKAL-WALLIS-Test mit BONFERRONI-Korrektur (p ≤ 0,05) zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen diesen drei Stiftsystemen einerseits und der Kontrollgruppe andererseits. Für die keramischen Stifte wurden 432,2 N [Celay® Alumina], 488,8 N [Celay® Zirkonia] bzw. 416,4 N [Cerapost®] und für den Karbonfaserstift [Composipost®] 515,7 N ermittelt. Bei der Kontrollgruppe trat eine Bruchlast von 363,4 N auf. Bezüglich der Bruchlastwerte lagen unter Berücksichtigung des BONFERRONI-Tests bei der statistischen Datenanalyse zwischen dem kopiergefrästen Keramikstiftaufbau Celay® Zirkonia aus zirkoniumoxidverstärkten Al2O3 einerseits bzw. dem Karbonfaserstift Composipost® und der Kontrollgruppe andererseits signifikante Unterschiede vor (p ≤ 0,05). Die ermittelten Distanzen zwischen Kraftangriffspunkt und den oberen Bruchspaltenden ergaben Medianwerte von 8,0 mm bis 11,1 mm auf der vestibulären Seite und 7,6 mm bis 14,7 mm auf der palatinalen Seite der Wurzeloberfläche. Bezüglich der Distanzen der Frakturverläufe lagen unter Berücksichtigung des BONFERRONI-Tests bei der statistischen Datenanalyse nur palatinal zwischen dem Cerapost®-Stift einerseits und dem Celay® Alumina-Stift und der Kontrollgruppe andererseits signifikante Unterschiede vor. Die vorliegende Studie zeigt, dass hinsichtlich der Bruchlastwerte nach dynamischer Belastung der Karbonfaserstift Composipost® und, bei hohen ästhetischen Ansprüchen, der kopiergefräste Keramikstift Celay® Zirkonia als interessante Alternative zum klinisch bewährten Permador®-Stift zu sehen sind. Des Weiteren zeigt die Untersuchung, dass sich die Verwendung palladiumfreier Stiftsysteme nicht nachteilig auf das Bruchverhalten nach dynamischer Belastung auswirkt.
Selektive COX-2-Inhibitoren wie Rofecoxib und Celecoxib haben sich im klinischen Alltag bewährt, da sie im Gegensatz zu den herkömmlichen NSAIDs wie ASS oder Ibuprofen weniger gastrointestinale Komplikationen verursachen. Jedoch wurde in klinischen Studien ein erhöhtes Risiko für das Entstehen kardiovaskulärer Ereignisse nachgewiesen, was zur Stigmatisierung der selektiven COX-2 Inhibitoren und zu einer strengenIndikationstellung von Celecoxib führte. Verschiedene Studien, welche den - 765G>C SNP des PTGS2-Promotorgens untersuchten, kamen zu konträren Ergebnissen. Einerseits wurde bei Trägern des SNP eine verminderte COX-2- Proteinexpression und im Rahmen dieser Studie ein protektiver Effekt für das Entstehen kardiovaskulärer Ereignisse atherosklerotischer Genese beschrieben. Andererseits gab es Ergebnisse klinischer Studien, die bei Trägern des SNP eine erhöhte COX-2-Expression zeigten. Das Ziel der Studie war es herauszufinden, ob bei Trägern der Mutation nach COX-2-Inhibition durch Celecoxib verglichen mit Trägern der Wildtypvariante ein erhöhter, verminderter oder kein Effekt auf Prostaglandinsynthese, COX-2-Proteinexpression und COX-2-mRNA-Expression zu beobachten ist. Je 10 gesunde homozygote Träger des PTGS2 -765GG-Genotyps sowie des PTGS2 -765CC-Genotyps erhielten 200 mg Celecoxib per os, nachdem Einflüsse der COX-1 auf die Prostaglandinsynthese 24 Stunden zuvor mit der Einnahme von 500 mg ASS ausgeschlossen wurden. Blutproben wurden vor der Applikation (Referenzwert) sowie 1,3,6,9 und 24 Stunden nach der Applikation entnommen. Mittels LC-MS/MS wurden die Plasmakonzentrationen von Celecoxib sowie die ex vivo PGE2-Produktion von LPS-stimulierten Monozyten des peripheren Blutes gemessen. m-RNA Expression des COX-2-Gens wurde mit real-time quantitativer PCR gemessen. Mithilfe von Western Blot-Analysen wurde die COX-2-Expression dargestellt. Ex vivo Stimulation der Blutproben führte zu einem statistisch signifikantem Anstieg der PGE2-Produktion (P<0,001) ohne Inhibition durch Celecoxib. In Anwesenheit von Celecoxib kam es zu einer reduzierten PGE2-Produktion (von 19,3±7,2 ng/ml vor Applikation [Referenzwert] zu 7,4±4,8 ng/ml nach 1 Stunde; P<0,001), welche bis 9 Stunden nach Applikation statistisch signifikant bestehen blieb (P 0,001). Celecoxib inhibierte die PGE2-Produktion (EC 50%) bei einer Konzentration von 155,1 ng/ml bei Trägern der homozygoten Wildtypvariante sowie bei einer Konzentration von 186,6 ng/ml bei Trägern der homozygoten Allelvariante, was statistisch nicht signifikant war (P=0,36). Die Referenzwerte der PGE2-Produktion sowie die AUCs der PGE2-Konzentration in Bezug zur Zeit, ähnelten sich zwischen den Genotypen (P>0,28). LPS führte zu einer Hochregulation der COX-2 mRNAExpression (P=0,016), was jedoch unabhängig vom Genotyp war. Die COX-2-Proteinexpression zeigte bei beiden Genotypen keinen Unterschied (P=0,63). Ein Unterschied zwischen den Genotypen konnte weder auf Ebene der Prostaglandinproduktion ex vivo, noch auf Ebene der COX-2-Proteinexpression und mRNA-Expression nachgewiesen werden. Das Resultat dieser Studie steht weder zu den Ergebnissen der einen, noch zu den Ergebnissen der anderen Seite in komplettem Kontrast. Dass zur Zeit ungenügende Wissen über die Rolle der PTGS2-Mutationen ist vielmehr Ausdruck dieser konträren Studienergebnisse.
Nicht hämolytische Transfusionsreaktionen (NHTR) sind eine häufige Komplikation der Transfusion von Blut und Blutkomponenten. Als Ursachen der NHTR gelten sowohl von Leukozyten freigesetzte Zytokine, die in den Blutkomponenten enthalten sind und während der Herstellung und Lagerung freigesetzt werden, als auch durch HLA-Antikörper verursachte Reaktionen gegen Leukozytenantigene. Im Rahmen eines etablierten Hämovigilanz-Systems werden NHTR dem Blutspendedienst gemeldet. Mit den daraufhin durchgeführten Untersuchungen kann die Ursache der Transfusionsreaktion in vielen Fällen nicht geklärt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden daher die in den 10 Jahren von 1996 – 2006 gemeldeten NHTR systematisch in Bezug auf die Häufigkeit und die festgestellten Ursachen ausgewertet. Insgesamt wurden im o.g. Zeitraum 1595 Transfusionsreaktionen gemeldet, was einer Häufigkeit von 0,05% aller Transfusionen entsprach. Vor Einführung der Leukozytendepletion (2001) waren Erythrozytenkonzentrate – im Untersuchungszeitraum von 1996 – 1998 – signifikant häufiger mit einer NHTR assoziiert (4,09/10.000 Transfusionen) als Thrombozytenkonzentrate (2,64/10.000 Transfusionen) oder gefrorenes Frischplasma (2,05/10.000 Transfusionen). Vermutlich ist diese höhere NHTR-Rate bei Erythrozytenkonzentraten auf die relativ hohe Kontamination mit Leukozyten zurückzuführen. Allerdings ging die Anzahl der nicht hämolytischen Transfusionsreaktionen im Institut Frankfurt insgesamt nach Einführung der Leukozytendepletion nicht zurück. Im Gegenteil war die Häufigkeit nach Einführung der Leukozytenfiltration (5,66/10.000 Transfusionen) sogar höher als vorher (4,43/10.000 Transfusionen). Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass durch die gleichzeitige Einführung der gesetzlich vorgeschriebenen Meldepflicht mehr NHTR gemeldet wurden. Als weitere mögliche Ursachen einer Transfusionsreaktion wurden das in Blutbeuteln vorhandene Allergen Di(-2-ethylhexyl)phtalat (DEHP) und das in Infusionssystemen enthaltene Allergen Toluylen-2,4-diisocyanat (TDI) angesehen. Beide können im Rahmen einer Bluttransfusion den Patienten übertragen werden. Hierzu wurden 154 NHTR auf spezifische IgE-Antikörper gegen Phthalsäureanhydrid und TDI untersucht. In einem Fall konnten spezifische Antikörper gegen Phthalsäureanhydrid (CAP-Klasse 2) und in einem weiteren Fall gegen TDI (CAP-Klasse 2) ermittelt werden. Hieraus konnte jedoch nicht retrospektiv geschlossen werden, dass der jeweils vorliegende Antikörper für die NHTR verantwortlich war. Neben diesen beiden positiv getesteten Fällen wurden zusätzlich ausgewählte Transfusionsempfänger mit einer frischen und nicht geklärten NHTR (n = 12) in vitro mit verschiedenen Konzentrationen von DEHP und TDI restimuliert. In keinem der Fälle führte die Restimulation mit DEHP und TDI zu einer Degranulation basophiler Granulozyten als Ausdruck einer allergischen Reaktion. Eine allergische Reaktion von Transfusionsempfängern gegen in Beuteln oder Transfusionsbestecken enthaltenes DEHP oder TDI kann somit zwar nicht sicher ausgeschlossen werden, scheint aber als Ursache für bisher ungeklärte NHTR keine signifikante Rolle zu spielen.
Es gilt als erwiesen, dass nach Zahnextraktion die Resorption des Bündelknochens unvermeidlich ist. Dies kann einen horizontalen und vertikalen Knochenverlust zur Folge haben, der ein erhebliches Problem für eine spätere dentale Implantation darstellt. Nachdem die Therapiemethode der Sofortimplantation nicht immer die gewünschten Ergebnisse gezeigt hat, scheint das Konzept der Socket Preservation, bei dem unmittelbar nach Extraktion eine Augmentation der Alveole durchgeführt wird, ein vielversprechender Ansatz zur Lösung dieses klinischen Problems zu sein. Ziel dieser Studie war es, anhand von Patientenfällen zu klären, inwieweit bei Alveolen mit bukkalem Knochendefekt nach Zahnextraktion durch gesteuerte Knochenregeneration im Sinne einer Ridge Augmentation der Alveolarknochen erhalten werden und einem Kollaps der Hart- und Weichgewebe und der damit verbundenen narbigen Defektheilung vorgebeugt werden kann. Es wurden an 10 Patienten 11 Alveolen mit der Ridge Preservation Technik versorgt. Nach erfolgter Befundaufnahme und Aufklärung des Patienten wurde der betreffende Zahn extrahiert. Danach wurden die Breite der keratinisierten lingualen und bukkalen Gingiva gemessen sowie die Höhe und der Durchmesser der Alveole bestimmt. Im Anschluß erfolgte die Messung der Distanz zwischen der Höhe des Alveolarkamms im Zentrum der Alveole und der Höhe der Schmelz-‐ Zementgrenze des Nachbahrzahnssowie der Distanz zwischen der angrenzenden Fläche des Nachbahrzahnes und dem Zentrum der Alveole. Zum Abschluss wurde die horizontale und vertikale Ausdehnung des bukkalen Knochendefekts bestimmt. Dann wurde die Augmentation der Alveole mit Geistlich Bio Oss® Collagen und mit einer Bio Gide® Membran durchgeführt. Die Wundheilung wurde kontrolliert und dokumentiert. Nach 3 bis 6 Monaten Ausheilungszeit wurde die Implantation durchgeführt, wobei die oben beschriebenen Messungen nochmals durchgeführt und mit den Daten der ersten Operation verglichen wurden. Mittels einer Trepanbohrung wurde eine Biopsie gewonnen, die zunächst makroskopisch untersucht und dann zur histologischen Aufbereitung in ein klinisch-chemisch-histologisches Labor geschickt wurde. Alle Operationen verliefen erfolgreich ohne postoperative Wundheilungsstörungen und ohne Verlust einer Membran oder von Knochenersatzmaterial. Sowohl das Weichgewebe wie auch die knöchernen Strukturen zeigten in wenigen Fällen nur leichte Verluste. Das Profil des Alveolarkamms blieb somit in der überwiegenden Zahl der Fälle nahezu gänzlich erhalten. Bei 10 von 11 Alveolen (91%) konnte aufgrundder vollständigen Regeneration des bukkalen Knochendefekts ein Implantat ohne weitere Augmentation inseriert werden. Die makroskopische Auswertung der bei der Implantation gewonnen Biopsien ergab keine Auffälligkeiten. Die histologischeUntersuchung der Präparate zeigte neben bindegewebigen Einschlüssen des Biomaterials vorwiegend Bio Oss® -‐ Partikel, die vollständig von neu gebildetem Knochen umgeben waren und direkten Kontakt zu diesem hatten, was auf einen Einbau des Knochenersatzmaterials in den neu gebildeten Knochen hindeutet. Die histometrische Auswertung ergab, dass in den regenerierten Alveolen der flächenmäßige Anteil an Bindegewebe und Knochenmark überwog. Die Resorption der Bio Oss® -Partikel verlief unabhängig von der Zeitspanne der Ausheilung und war bis auf wenige Ausnahmen auch nach 6 Monaten noch nicht abgeschlossen. Auf Grundlage der gewonnen Ergebnisse lässt sich somit eine Therapieempfehlung für die Praxis ableiten. Die Augmentation einer Alveole mit bukkalem Knochendefekt mittels Bio Oss® Collagen und Bio Gide® führt mit hoher Wahrscheinlichkeit sowohl zu einer vollständigen Regeneration des knöchernen Defekts als auch zu einemErhalt des Alveolarkammprofils und kann damit einer narbigen Ausheilung vorbeugen. Eine Implantation erscheint allerdings aufgrund der langsamen Resorption von Bio Oss® erst nach 6 Monaten Ausheilungszeit sinnvoll zu sein.
HINTERGRUND: Die BioPhysio™ (Edwards Lifescience LLC, Irvine, CA) Bioprothese wurde konstruiert um die hämodynamischen Eigenschaften bisher verfügbarer gerüsttragender Aortenklappenprothesen weiter zu verbessern. Ein flexibles Nitinolgerüst, welches die natürlichen Bewegungen der Aortenwurzel während des Herzzyklus zulässt und trotzdem einfach implantiert werden kann, ist die Hauptinnovation dieser Prothese. Das Ziel dieser Studie ist die klinische Evaluation dieser neuen Prothese. METHODEN: Zwischen Dezember 2004 und August 2005 wurden 50 BioPhysio Aortenklappenprothesen implantiert. Das mittlere Alter der Patienten betrug 75,9 ± 5,1 Jahre. Klinische Ergebnisse, Klappenöffnungsflächen, transvalvuläre Gradienten und der Rückgang der Linksventrikelhypertrophie wurden echokardiographisch vor der Entlassung, nach sechs Monaten, zwölf Monaten und 24 Monaten nachuntersucht. ERGEBNISSE: Die Gesamtsterblichkeit betrug 14,3% (n=6), wobei nach zwölf Monaten 9,5% (n=4) und nach 24 Monaten 4,8% (n=2). Alle Todesfälle waren nicht klappenbezogen. Ein Patient erlitt zwei Jahre nach der Operation eine Endokarditis und wurde erneut operiert. Es gab keine Fälle von Herz- oder Nierenversagen. Die Bioprothese zeigte gute hämodynamische Eigenschaften. Eine signifikante Reduktion des mittleren Gradienten auf 15,1 ± 8,3 mmHg konnte erzielt werden. Die mittlere Klappenöffnungsfläche betrug 1,5 ± 0,7 cm² und die mittlere Ejektionsfraktion 60,7 ± 7,2%. Es traten keine Aorteninsuffizienzen auf. Die New York Heart Association Funktionsklasse verbesserte sich bei allen Patienten und es konnte eine signifikante Reduktion des Linksventrikelmasseindex von 185,7 ± 49,6 g/m² festgestellt werden. KONKLUSION: Die klinische Darbietung der neuen BioPhysio Bioprothese ist vergleichbar mit den konventionellen gerüstlosen Herzklappenprothesen. Durch ihr einzigartiges Design ist sie jedoch schneller und einfacher zu implantieren als konventionelle gerüstlose Prothesen.