Für die Beurteilung der Hirnentwicklung erfolgte eine postmortale MRT- Untersuchung von totgeborenen Kindern im Rahmen einer virtuellen Autopsie. Besondere Berücksichtigung innerhalb dieses Datenmaterials fand die Oberflächenveränderung im Sinne der Entstehung von Gyri und Sulci. Weiterhin wurde geprüft, wie sich die morphologische Entwicklung und damit die Germination und Migration der Nervenzellen in diesem Schwangerschaftszeitraum in der MRT darstellen und beurteilen lässt. Im Ergebnis der Untersuchung zur Germination und Migration war vor allem zwischen der 18. und 25. SSW die zonale Gliederung des Hirnmantels mit “ventricular zone“, “intermediate zone“, “subplate zone“ und “cortical plate“ durch wechselnde Hypo –bzw. Hyperintensitäten in der MRT gut zu beurteilen. Der zeitlich geordnete Ablauf in der Entstehung einzelner Sulci konnte in dieser Arbeit unter anderem auch mittels eines atlasartigen Teils abgebildet werden. Dabei zeigte sich eine häufig etwas frühere Darstellbarkeit einzelner Sulci im postmortalen MRT im Vergleich zu den Studien an pränatalen MRT´s bei Schwangeren. Eine Streubreite des Auftretens der einzelnen Sulci von 2-3 Wochen bei gesunden Feten ist dabei zu berücksichtigen.

Für die Beurteilung der Hirnentwicklung erfolgte eine postmortale MRT- Untersuchung von totgeborenen Kindern im Rahmen einer virtuellen Autopsie. Besondere Berücksichtigung innerhalb dieses Datenmaterials fand die Oberflächenveränderung im Sinne der Entstehung von Gyri und Sulci. Weiterhin wurde geprüft, wie sich die morphologische Entwicklung und damit die Germination und Migration der Nervenzellen in diesem Schwangerschaftszeitraum in der MRT darstellen und beurteilen lässt. Im Ergebnis der Untersuchung zur Germination und Migration war vor allem zwischen der 18. und 25. SSW die zonale Gliederung des Hirnmantels mit “ventricular zone“, “intermediate zone“, “subplate zone“ und “cortical plate“ durch wechselnde Hypo –bzw. Hyperintensitäten in der MRT gut zu beurteilen. Der zeitlich geordnete Ablauf in der Entstehung einzelner Sulci konnte in dieser Arbeit unter anderem auch mittels eines atlasartigen Teils abgebildet werden. Dabei zeigte sich eine häufig etwas frühere Darstellbarkeit einzelner Sulci im postmortalen MRT im Vergleich zu den Studien an pränatalen MRT´s bei Schwangeren. Eine Streubreite des Auftretens der einzelnen Sulci von 2-3 Wochen bei gesunden Feten ist dabei zu berücksichtigen.:Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung............................................................................ 1 2. Zielstellung der Arbeit........................................................ 2 3. Material und Methode...................................................... ... 3 3.1. Patientengut.............................................................................. 3 3.1.1. Einschlusskriterien........................................................... 3 3.1.2 Ausschlusskriterien.......................................................... 4 3.2. Methodisches Vorgehen............................................................. 5 3.2.1. MRT- Technik.................................................................. 5 3.2.2. Auswertung...................................................................... 5 3.2.3. Statistische Methoden...................................................... 6 4. Ergebnisse............................................................................ 8 4.1. Beschreibung der periventrikulären Germination und Migration zwischen der 16. –und 30. Schwangerschaftswoche............ 8 4.1.1 Grundlagen....................................................................... 8 4.1.2 Germination und Migration in der 16. SSW...................... 10 4.1.3 Germination und Migration in der 17. –bis 20. SSW......... 12 4.1.4 Germination und Migration in der 21. –bis 23. SSW......... 14 4.1.5 Germination und Migration in der 24. –bis 26. SSW......... 16 4.1.6 Germination und Migration in der 27. –bis 30. SSW.......... 18 4.2 Statistische Kennwerte der Germination und Migration ........ 20 4.3 Auswertung der Cortexbreite..................................................... 22 4.3.1 Breitenentwicklung des Kortex im Frontallappen................ 22 4.3.2 Korrelation der frontalen Kortexbreite mit klinischen Daten.................................................................................. 23 4.3.2.1 Frontale Kortexbreite und Schwangerschaftswoche............................... 24 4.3.2.2 Frontale Kortexbreite und Geburtsgewicht.... 24 4.3.3 Breitenentwicklung des Kortex im Parietallappen............... 25 4.3.3 Korrelation der parietalen Kortexbreite mit klinischen Daten................................................................................... 27 4.3.4.1 Parietale Kortexbreite und Schwangerschaftswoche.............................. 27 4.3.4.2 Parietale Kortexbreite und Geburtsgewicht.. 27 4.3.5 Breitenentwicklung des Kortex im Temporallappen.......... 28 4.3.6 Korrelation der temporalen Kortexbreite mit klinischen Daten................................................................................. 29 4.3.6.1 Temporale Kortexbreite und Schwangerschaftswoche.............................. 29 4.3.6.2 Temporale Kortexbreite und Geburtsgewicht............................................. 30 4.3.7 Breitenentwicklung des Kortex im Occipitallappen............ 30 4.3.8 Korrelation der occipitalen Kortexbreite mit klinischen Daten.................................................................................. 32 4.3.8.1 Occipitale Kortexbreite und Schwangerschaftswoche.................................... 32 4.3.8.2 Occipitale Kortexbreite und Geburtsgewicht...... 32 4.3.9 Unterschiede der Breitenentwicklung in den einzelnen Hirnlappen.......................................................................... 33 4.4 Auftreten der Hirnsulci im Schwangerschaftsverlauf.............. 35 4.4.1 Mediale Hirnoberfläche....................................................... 35 4.4.2 Ventrale Hirnoberfläche....................................................... 37 4.4.3 Laterale Hirnoberfläche....................................................... 38 4.4.4 Sulci des Vertex................................................................... 42 4.5 Übersicht zur Entwicklung der Sulci........................................... 44 4.6 Corpus callosum........................................................................... 46 4.7 Varianz einzelner Parameter der Hirnentwicklung zwischen der 21. –und 24. Schwangerschaftswoche............................................. 47 4.7.1 Frontale Kortexbreite............................................................ 47 4.7.2 Parietale Kortexbreite........................................................... 48 4.7.3 Temporale Kortexbreite........................................................ 48 4.7.4 Occipitale Kortexbreite......................................................... 49 4.7.5 Länge des Corpus callosum zwischen 21. und 24.SSW...... 49 4.7.6 Entwicklungsvariabilität ausgewählter Sulci......................... 50 4.7.6.1 Sylvi´sche Furche………………………………….. 50 4.7.6.2 Sulcus parietooccipitalis………………………… 51 4.7.6.3 Sulcus calcarinus……………………………….... 52 4.7.6.4 Sulcus centralis…………………………………... 53 4.7.6.5 Sulcus lateralis ………………………………….. 54 4.7.6.6 Sulcus frontalis superior…………………………. 55 4.7.6.7 Sulcus praecentralis……………………………… 56 5. Diskussion.............................................................................. 57 6. Zusammenfassung................................................................ 73 7. Limitationen............................................................................ 75 8. Bildatlas als Zusammenfassung einer normalen zeitlichen Hirnentwicklung zwischen der 16. –und 30. SSW................................................................... 76 Quellenverzeichnis................................................................................. 98 Abbildungsverzeichnis.......................................................................... 101 Tabellenverzeichnis............................................................................... 105 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit Lebenslauf Danksagung

Die hier vorliegenden klinischen und experimentellen Arbeiten hatten zum Ziel apoptotische Mechanismen einer Schädigung des unreifen zentralen Nervensystems näher zu charakterisieren. Im tierexperimentellen Teil der Studien wurden apoptotische Faktoren und deren Regulation an zwei unterschiedlichen experimentellen Schädigungsmodellen des unreifen Gehirns (Hypoxie, Trauma) untersucht, mit dem Ziel mögliche neuroprotektive Ansätze zu identifizieren. In einem weiteren Teil der Arbeiten ging es darum, die Darstellung der Hirnschädigung von sehr unreifer Frühgeborenen in der Magnetresonanztomographie (MRT) histologisch an Autopsiematerial zu vergleichen. An Autopsiefällen mit pontosubikulärer Nekrose (PSN) wurde die Bedeutung der pro-apoptotischen Marker CD95/Fas/Fas Ligand bei einer Hypoxie erarbeitet. Der klinische Teil der Untersuchungen hatte die Identifizierung Apoptose-regulierender Faktoren (lösliche Form von Fas/Fas Ligand, Caspase 3) im Liquor von Patienten mit Hydrozephalus zum Ziel. Die in dieser kumulativen Habilitationsschrift aufgeführten Arbeiten haben die weitreichende Rolle apoptotischer Mechanismen, insbesondere des Zelloberflächenrezeptors CD95/Fas, in unterschiedlichen klinischen und experimentellen Schädigungsmodellen des unreifen Gehirns demonstriert und weiterführende Fragestellungen aufgezeigt. Im klinischen Umfeld besteht mit neueren bildgebenden Verfahren und der Untersuchung löslicher apoptotischer Marker die Möglichkeit, Schädigungen des Gehirns näher zu charakterisieren. Mit diesen Untersuchungen wurden zudem Grundlagen zur Identifikation möglicher neuroprotektiver Angriffspunkte erarbeitet. / The studies presented here aimed at the investigation of apoptotic mechanisms in the context of damage to the immature central nervous system. The expression and regulation of apoptotic factors was demonstrated in two experimental animal models of damage to the immature brain (hypoxia, trauma), in order to identify possible neuroprotective strategies. The aim of an additional study was to compare the magnetic resonance imaging (MRI) appearances of the immature brain with neuropathological findings at post-mortem examination. In human autopsy material consisting of cases with pontosubicular necrosis (PSN) the expression of pro-apoptotic markers (CD95/Fas/Fas ligand) was demonstrated. The clinical part of the projected investigations identified apoptosis-regulating elements (soluble Fas /Fas ligand, Caspase-3) in the cerebrospinal fluid (CSF) of children with hydrocephalus. The clinical and experimental studies confirmed the importance of apoptotic mechanisms in the pathophysiology of neurodegeneration in the immature brain. In a clinical setting new MRI imaging procedures and identification of novel biochemical markers have the potential to further characterize damage processes. The investigations presented here identified molecular targets for possible neuroprotective therapies.

Die Entwicklung neuer Medikamente und Therapieverfahren wie die Hochdosischemotherapie und die Möglichkeit der Stammzelletransplantation haben die Heilungschance krebskranker Kinder in den letzen Jahrzehnten enorm verbessert. Aus diesem Grund erlangt die Berücksichtigung der Spätfolgen der Therapie eine größere Bedeutung. Es wurden die Zytostatika Cyclophosphamid und Thiotepa auf ihre Neurotoxizität im infantilen Rattengehirn untersucht. Dazu wurde Ratten im Alter von 7, 14, 21 oder 28 Tagen Cyclophosphamid (200-600mg/kg) oder Thiotepa (15-45 mg/kg) intraperitoneal injiziert. Nach einer Überlebenszeit von 4-24 Stunden wurden die Tiere getötet. Die Dichte degenerierter Zellen wurde lichtmikroskopisch in den nach De Olmos gefärbten Hirnschnitten mit Hilfe des stereologischen Dissektors ermittelt. Weiterhin wurden eine TUNEL-Färbung, elektronenmikroskopische sowie eine immunhistochemische Untersuchung für Caspase 3 und den Fas Rezeptor durchgeführt. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchsgruppen wurde mit Hilfe des Student`s t-Test auf ihre Signifikanz hin überprüft. Die Untersuchungen zur Zeit und Dosisabhängigkeit wurde mit Hilfe der ermittelten Gesamtscores und der Varianzanalyse (ANOVA) überprüft. Diese Untersuchung zeigte, dass eine Exposition mit den Zytostatika Cyclophosphamid und Thiotepa altersabhängig zu ausgeprägten Zellschädigungen im Gehirn führt. Besonders ausgeprägte Zelluntergänge fanden sich im Cortex, den thalamischen Kerngebieten, und dem Hippocampus. Ultrastrukturell ließen sich bereits kurz nach der Applikation des Zytostatikums anschwellende Dendriten als Hinweis auf einen exzitotoxischen Zelltodmechanismus nachweisen. Im Gegensatz dazu zeigten sich bei Tieren mit längerer Lebensdauer nach Exposition gegenüber dem Zytostatikum typische ultrastrukturelle Veränderungen wie man sie bei apoptotischem Zelltod finden kann. Mit dieser Untersuchung konnte gezeigt werden, dass die neurotoxische Wirkung der Zytostatika Cyclophosphamid und Thiotepa eine exzitotoxische und eine apoptotische Komponente aufweist. / Survival rates for children with cancer have increased dramatically over the past few decades. The expanded use of older agents, the development of new chemotherapeutic agents, the introduction of high dose chemotherapy and stem cell transplantation regimen have had a major impact on this improvement. These positive results have also focused increased attention on post-therapeutic effects of anticancer drugs. To investigate whether common cytotoxic drugs cause neurotoxic effects in the developing rat brain the following alkylated agents were administered to 7-day-old rats: cyclophosphamide (200–600mg/kg IP) and thiotepa (15– 45mg/kg IP). The brains were analysed at 4 to 24 hours. Quantitation of brain damage was performed in De Olmos cupric silver-stained sections using the stereological dissector method. Furthermore electron microscopy on plastic sections, TUNEL staining and immunohistochemistry for activated caspase 3 and Fas receptor was performed. Statistical analysis was performed by means of Student´s t test or one-way analysis of variance with subsequent pairwise comparison (Scheffé-test). Cytotoxic drugs produced widespread lesions within cortex, thalamus, hippocampal dentate gyrus, and caudate nucleus in a dose-dependent fashion. Early histological analysis demonstrated dendritic swelling and relative preservation of axonal terminals, which are morphological features indicating excitotoxicity. After longer survival periods, degenerating neurons displayed morphological features consistent with active cell death. These results demonstrate that anticancer drugs are potent neurotoxins in vivo; they activate excitotoxic mechanisms but also trigger active neuronal death.