Affecting 1 in 68 children, Autism Spectrum Disorder (ASD) is one of the most prevalent cognitive disorders in the global population. Symptoms of ASD, although typically not life-threatening, have a large impact on the social wellbeing of diagnosed individuals. Inflammation in the brain, or neuroinflammation, has previously been shown to increase the severity of the behavioral deficits associated with ASD. The exact etiology of the neuroinflammation observed in ASD remains unclear, especially in regards to protein expression that initiates the inflammatory pathway. This experiment examines two specific markers of neuroinflammation, glial fibrillary acidic protein (GFAP) and myelin-associated glycoprotein (MAG) in a previously characterized mouse model of ASD. GFAP is astrocyte-specific, cytoplasmic, and has been shown to be upregulated in trauma or disease pathologies in the brain. MAG is found in the membrane of oligodendrocytes and is a major regulator of development and regeneration of nervous tissue. Control C57bl/6j mice and ASD-representative BTBR T+tf/J (BTBR) mice were sacrificed twenty-one days after birth. Immunoblotting was performed on cingulate cortical tissue using anti-GFAP and anti-MAG primary antibodies to quantify levels of GFAP and MAG protein expression between the control and ASD models. These findings provide further evidence that changes in GFAP and MAG expression may alter the neuroinflammatory pathways observed in ASD-representative mice.

Die vorliegende Arbeit untersuchte die Verwendbarkeit einer semiquantitativen Auszählung des zellulär sezernierten Zytokins Interleukin-6 (IL-6) und des zerebralen Intermediärfilamentes Saures Gliafaserprotein (GFAP) hinsichtlich ihrer Aussagekraft zur Detektion eines Schädel-Hirn-Traumas (SHT) und der Abschätzung des Überlebenszeitintervalls zwischen Erleiden der Gewalteinwirkung und dem Todeseintritt. Hierzu wurden Hirngewebsproben von 75 Verstorbenen im Rahmen gerichtlich angeordneter Obduktionen verwendet: 54 Fälle wiesen ein zum Tode führendes Schädel-Hirn-Trauma auf (Fallgruppe) und 21 Fälle mit kardiovaskulär bedingtem Todeseintritt wurden als Kontrollgruppe untersucht. Das maximale postmortale Intervall betrug 6 Tage. Gewebsproben definierter Hirnareale (Kortex, Perikontusionszone (PKZ), Hippocampus, Kleinhirn) wurden mit IL-6- und GFAP-Antikörpern immunhistochemisch untersucht und die positiv gefärbten Zellen semiquantitativ erfasst. Die Ergebnisse wurden zu den Überlebenszeiten nach Trauma korreliert und mit der Kontrollgruppe verglichen. Es zeigte sich für IL-6 und GFAP ein statistisch signifikanter Konzentrationsanstieg mit zunehmender Überlebenszeit in der PKZ und in Hypoxie-sensiblen Arealen des Zentralen Nervensystems (ZNS). Die Methode war geeignet, SHT-Fälle von den Kontrollen bei Überschreiten ermittelter Schwellenwerte in Bezug auf die Färbungen zu differenzieren. Die präsentierten Ergebnisse belegen den potentiellen Nutzen der beiden gewählten immunhistochemischen Marker als Ergänzung zur gängigen SHT-Wundalterdiagnostik in der forensischen Praxis.

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Toxoplasma gondii infection is common in humans and is a significant risk factor for developing the disease schizophrenia. Genetic risk factors are likely required for the disease of schizophrenia to develop. Nurr1 – heterozygous (+/-) mice and wild-type (+/+) mice were evaluated using immune activation of astrocytes within the prefrontal cortex, dopamine levels within the striatum, and measuring the acoustic startle response reaction time by using prepulse inhibition (PPI). T. gondii infected heterozygous (+/-) mice exhibited increased GFAP expression within the prefrontal cortex. Dopamine levels within the striatum were measured and T. gondii infected wild-type (+/+) mice exhibited increased dopamine levels. The acoustic startle response reaction time was measured using PPI and T. gondii infected mice exhibited slower reaction times when compared to controls. These data demonstrate that the Nurr1 (+/-) genotype predisposes mice to T. gondii-induced alterations in behaviors that involve dopamine neurotransmission and are associated with symptoms of schizophrenia.

The purpose of this thesis project is to demonstrate and evaluate an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) on a paper microfluidic device platform. The integration of ELISA technology onto paper microfluidic chips allows for a quantitative detection of stroke biomarkers, such as glial fibrillary acidic protein (GFAP). Dye experiments were performed to confirm fluid connectivity throughout the 3D chips. Several chip and housing designs were fabricated to determine an optimal design for the microfluidic device. Once this design was finalized, development time testing was performed. The results confirmed that the paper microfluidic device could successfully route fluid throughout its channels at a reasonable rate. For the biochemistry portion of this thesis project, antibodies were selected to target the intended stroke biomarker: GFAP. However, due to antibody pairing complications, the protein chosen for this project was natural human cardiac troponin T, which is elevated in the bloodstream of patients who have suffered a stroke. Several antibody experiments were performed to help finalize the procedure for performing an ELISA on the paper chip. The final antibody experiment was able to demonstrate that a paper microfluidic device utilizing ELISA techniques can successfully detect a stroke biomarker at physiologically relevant concentrations. Overall, this project supported the ability to accurately and effectively diagnose stroke in a timely manner through the use of a paper microfluidic device.

yes / Background: Riluzole is a neuroprotective drug used in the treatment of motor neurone disease. Recent evidence suggests that riluzole can up-regulate the expression and activity of the astrocyte glutamate transporter, GLT-1. Given that regulation of glutamate transport is predicted to be neuroprotective in Parkinson’s disease, we tested the effect of riluzole in parkinsonian rats which had received a unilateral 6-hydroxydopamine injection into the median forebrain bundle. Results: Rats were treated with intraperitoneal riluzole (4 mg/kg or 8 mg/kg), 1 hour before the lesion then once daily for seven days. Riluzole produced a modest but significant attenuation of dopamine neurone degeneration, assessed by suppression of amphetamine-induced rotations, preservation of tyrosine hydroxylase positive neuronal cell bodies in the substantia nigra pars compacta and attenuation of striatal tyrosine hydroxylase protein loss. Seven days after 6-hydroxydopamine lesion, reactive astrocytosis was observed in the striatum, as determined by increases in expression of glial fibrillary acidic protein, however the glutamate transporter, GLT-1, which is also expressed in astrocytes was not regulated by the lesion. Conclusions: The results confirm that riluzole is a neuroprotective agent in a rodent model of parkinson’s disease. Riluzole administration did not regulate GLT-1 levels but significantly reduced GFAP levels, in the lesioned striatum. Riluzole suppression of reactive astrocytosis is an intriguing finding which might contribute to the neuroprotective effects of this drug.

yes / Protocols which permit the extraction of primary astrocytes from either embryonic or postnatal mice are well established however astrocytes in culture are different to those in the mature CNS. Three dimensional (3D) cultures, using a variety of scaffolds may enable better phenotypic properties to be developed in culture. We present data from embryonic (E15) and postnatal (P4) murine primary cortical astrocytes grown on coated coverslips or a 3D polystyrene scaffold, Alvetex. Growth of both embryonic and postnatal primary astrocytes in the 3D scaffold changed astrocyte morphology to a mature, protoplasmic phenotype. Embryonic-derived astrocytes in 3D expressed markers of mature astrocytes, namely the glutamate transporter GLT-1 with low levels of the chondroitin sulphate proteoglycans, NG2 and SMC3. Embroynic astrocytes derived in 3D show lower levels of markers of reactive astrocytes, namely GFAP and mRNA levels of LCN2, PTX3, Serpina3n and Cx43. Postnatal-derived astrocytes show few protein changes between 2D and 3D conditions. Our data shows that Alvetex is a suitable scaffold for growth of astrocytes, and with appropriate choice of cells allows the maintenance of astrocytes with the properties of mature cells and a non-reactive phenotype. / BBSRC

Ziele der hier vorliegenden Arbeit waren eine immunhistochemische Analyse von GFAP (‚glial fibrillary acidic protein’) und GLUT-1 (Glukosetransporter-1) nach fokaler zerebraler Ischämie sowie deren mögliche Beeinflussung durch eine intravenöse Transplantation autologer mononukleärer Knochenmarkzellen (mKMZ) im Schafmodell. Eine differenzierte Analyse der Zielstrukturen in grauer und weißer Substanz (GS bzw. WS) sollte Aufschluss über eventuell unterschiedliche Reaktionsmuster liefern. Das Gehirnmaterial von zehn Tieren der bereits 2006/2007 stattgefundenen Studie, welche mit PET und MRT-Untersuchungen sowie der Durchführung von Verhaltenstests einherging, wurde retrospektiv im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersucht. Je fünf gehörten zu einer Kontroll- bzw. Therapiegruppe (KG bzw. TG). Bei allen Versuchstieren wurde durch die permanente Okklusion der linken mittleren Zerebralarterie (pMCAO) eine fokale zerebrale Ischämie im Bereich des Neokortex hervorgerufen. Die Tiere der Therapiegruppe erhielten 24 Stunden nach dem Eingriff eine Transplantation autologer mKMZ (4x106/kg KGew). Nach sieben Wochen wurden die Versuchstiere getötet, ihre Schädel perfundiert und ihre Gehirne fixiert. Eine Lamelle der Gehirne wurde für die anschließende histologische Untersuchung in 30% Saccharose konserviert. Nach der Etablierung der Antikörper GFAP und GLUT-1 wurden vier Regionen der Gehirn-lamellen immunhistochemisch markiert und abschließend qualitativ und quantitativ analysiert. Die Regionen I (infarktnah) und III (infarktfern) lagen in der ipsilateralen Hemisphäre, die Regionen II (korrespondierend zu Region I) und IV (korrespondierend zu Region III) in der kontralateralen Hemisphäre. Durch den höheren Substanzverlust an Gehirnmasse in der ipsi-lateralen Hemisphäre der KG, wurden in dieser Tiergruppe die Regionen III und IV nicht ausgewertet. Vor der Analyse sind die physiologischen Markierungsmuster der vier Regionen in grauer und weißer Substanz an zwei gesunden Tieren (Prozesskontrolle) aufgezeigt worden. Durch die elektronenmikroskopische Untersuchung von Präparaten und anhand von GFAP/GLUT-1 doppelmarkierten Präparaten konnte festgestellt werden, dass die Astrozytenendfüßchen durch den hier verwendeten GLUT-1 Antikörper nicht markiert wur-den, sondern dass alleinig die gefäßständige, 55 kDa schwere Isoform detektiert worden ist. Die fokale zerebrale Ischämie führte in beiden Gruppen zu einer hochgradigen reaktiven Astrogliose mit Ausprägung einer Glianarbe in Region I. Protoplasmatische Astrozyten der grauen und fibrilläre Astrozyten der weißen Substanz zeigten hypertrophe Veränderungen. Die reaktive Astrogliose von Region I spiegelte sich in einer erhöhten GFAP-Dichte wider (p<0,05 in der Therapiegruppe). Region III hatte die gleiche GFAP-Dichte wie die Regionen II und IV. Der direkte Vergleich zwischen den Regionen I der beiden Gruppen zeigte Veränderungen der GFAP-Dichte durch die Zelltherapie auf: In der GS der Therapiegruppe lag eine geringere GFAP-Dichte vor, in der WS eine höhere (≠ p<0,05; GS und WS). Die Ergebnisse der GLUT-1-Analyse sind denen der GFAP-Analyse sehr ähnlich. Durch den Schlaganfall ist es zu einer erhöhten GLUT-1-Expression in GS und WS (p<0,05 WS) von Region I der Kontrollgruppe gekommen. Auch in Region I der Therapiegruppe konnten er-höhte GLUT-1-Dichten in GS und WS (p<0,05 WS) detektiert werden, zusätzlich dazu lag in der GS von Region III der Therapiegruppe eine erhöhte GLUT-1-Dichte vor (p<0,05). Der Vergleich zwischen beiden Gruppen zeigte Veränderungen durch die Therapie für die Regio-nen I und II auf. Die GLUT-1-Dichte der WS war in beiden Regionen in der TG erhöht (p<0,05), die GS von Region I zeigte in der Therapiegruppe eine geringere GLUT-1-Dichte. Ein Schlaganfall führt zu einer Erhöhung der GFAP sowie GLUT-1-Dichten in WS und GS im infarktnahen Gebiet. Durch die Transplantation von 4x106 autologen mononukleären Knochenmarkzellen pro kg KGew 24 Stunden nach dem Schlaganfall können diese Strukturen in ihren Expressionsmustern beeinflusst werden, dabei reagieren graue und weiße Substanz unterschiedlich: Die GS mit einer Verringerung, die WS mit einer Erhöhung der GFAP- bzw. GLUT-1-Dichte (p<0,05 WS, GLUT-1). Die Funktionskreisläufe in infarktfernen Regionen sind sieben Wochen nach dem Schlaganfall auf Astrozytenebene normalisiert (vgl. Region III). Die erhöhte GLUT-1-Dichte (p<0,05) in der GS der infarktfernen Region ist möglicherweise mit einem erhöhten Glukosemetabolismus in Verbindung zu setzen. Dies kann jedoch erst durch die Auswertung der FDG-PET-Daten beantwortet werden. Ob die durch Transplantation autologer mKMZ festgestellten Veränderungen der GFAP- und GLUT-1-Dichte in der Therapiegruppe zusätzlich mit einer verbesserten motorischen Leistung der Tiere einhergingen, wird erst durch die Analyse der Daten aus den Verhaltenstests festgestellt werden können.

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Ziele der hier vorliegenden Arbeit waren eine immunhistochemische Analyse von GFAP (‚glial fibrillary acidic protein’) und GLUT-1 (Glukosetransporter-1) nach fokaler zerebraler Ischämie sowie deren mögliche Beeinflussung durch eine intravenöse Transplantation autologer mononukleärer Knochenmarkzellen (mKMZ) im Schafmodell. Eine differenzierte Analyse der Zielstrukturen in grauer und weißer Substanz (GS bzw. WS) sollte Aufschluss über eventuell unterschiedliche Reaktionsmuster liefern. Das Gehirnmaterial von zehn Tieren der bereits 2006/2007 stattgefundenen Studie, welche mit PET und MRT-Untersuchungen sowie der Durchführung von Verhaltenstests einherging, wurde retrospektiv im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersucht. Je fünf gehörten zu einer Kontroll- bzw. Therapiegruppe (KG bzw. TG). Bei allen Versuchstieren wurde durch die permanente Okklusion der linken mittleren Zerebralarterie (pMCAO) eine fokale zerebrale Ischämie im Bereich des Neokortex hervorgerufen. Die Tiere der Therapiegruppe erhielten 24 Stunden nach dem Eingriff eine Transplantation autologer mKMZ (4x106/kg KGew). Nach sieben Wochen wurden die Versuchstiere getötet, ihre Schädel perfundiert und ihre Gehirne fixiert. Eine Lamelle der Gehirne wurde für die anschließende histologische Untersuchung in 30% Saccharose konserviert. Nach der Etablierung der Antikörper GFAP und GLUT-1 wurden vier Regionen der Gehirn-lamellen immunhistochemisch markiert und abschließend qualitativ und quantitativ analysiert. Die Regionen I (infarktnah) und III (infarktfern) lagen in der ipsilateralen Hemisphäre, die Regionen II (korrespondierend zu Region I) und IV (korrespondierend zu Region III) in der kontralateralen Hemisphäre. Durch den höheren Substanzverlust an Gehirnmasse in der ipsi-lateralen Hemisphäre der KG, wurden in dieser Tiergruppe die Regionen III und IV nicht ausgewertet. Vor der Analyse sind die physiologischen Markierungsmuster der vier Regionen in grauer und weißer Substanz an zwei gesunden Tieren (Prozesskontrolle) aufgezeigt worden. Durch die elektronenmikroskopische Untersuchung von Präparaten und anhand von GFAP/GLUT-1 doppelmarkierten Präparaten konnte festgestellt werden, dass die Astrozytenendfüßchen durch den hier verwendeten GLUT-1 Antikörper nicht markiert wur-den, sondern dass alleinig die gefäßständige, 55 kDa schwere Isoform detektiert worden ist. Die fokale zerebrale Ischämie führte in beiden Gruppen zu einer hochgradigen reaktiven Astrogliose mit Ausprägung einer Glianarbe in Region I. Protoplasmatische Astrozyten der grauen und fibrilläre Astrozyten der weißen Substanz zeigten hypertrophe Veränderungen. Die reaktive Astrogliose von Region I spiegelte sich in einer erhöhten GFAP-Dichte wider (p<0,05 in der Therapiegruppe). Region III hatte die gleiche GFAP-Dichte wie die Regionen II und IV. Der direkte Vergleich zwischen den Regionen I der beiden Gruppen zeigte Veränderungen der GFAP-Dichte durch die Zelltherapie auf: In der GS der Therapiegruppe lag eine geringere GFAP-Dichte vor, in der WS eine höhere (≠ p<0,05; GS und WS). Die Ergebnisse der GLUT-1-Analyse sind denen der GFAP-Analyse sehr ähnlich. Durch den Schlaganfall ist es zu einer erhöhten GLUT-1-Expression in GS und WS (p<0,05 WS) von Region I der Kontrollgruppe gekommen. Auch in Region I der Therapiegruppe konnten er-höhte GLUT-1-Dichten in GS und WS (p<0,05 WS) detektiert werden, zusätzlich dazu lag in der GS von Region III der Therapiegruppe eine erhöhte GLUT-1-Dichte vor (p<0,05). Der Vergleich zwischen beiden Gruppen zeigte Veränderungen durch die Therapie für die Regio-nen I und II auf. Die GLUT-1-Dichte der WS war in beiden Regionen in der TG erhöht (p<0,05), die GS von Region I zeigte in der Therapiegruppe eine geringere GLUT-1-Dichte. Ein Schlaganfall führt zu einer Erhöhung der GFAP sowie GLUT-1-Dichten in WS und GS im infarktnahen Gebiet. Durch die Transplantation von 4x106 autologen mononukleären Knochenmarkzellen pro kg KGew 24 Stunden nach dem Schlaganfall können diese Strukturen in ihren Expressionsmustern beeinflusst werden, dabei reagieren graue und weiße Substanz unterschiedlich: Die GS mit einer Verringerung, die WS mit einer Erhöhung der GFAP- bzw. GLUT-1-Dichte (p<0,05 WS, GLUT-1). Die Funktionskreisläufe in infarktfernen Regionen sind sieben Wochen nach dem Schlaganfall auf Astrozytenebene normalisiert (vgl. Region III). Die erhöhte GLUT-1-Dichte (p<0,05) in der GS der infarktfernen Region ist möglicherweise mit einem erhöhten Glukosemetabolismus in Verbindung zu setzen. Dies kann jedoch erst durch die Auswertung der FDG-PET-Daten beantwortet werden. Ob die durch Transplantation autologer mKMZ festgestellten Veränderungen der GFAP- und GLUT-1-Dichte in der Therapiegruppe zusätzlich mit einer verbesserten motorischen Leistung der Tiere einhergingen, wird erst durch die Analyse der Daten aus den Verhaltenstests festgestellt werden können.