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Einleitung: Das Ziel dieser Arbeit war die Darstellung der Ergebnisse der Ross- Operation in der Kinderherzchirurgie der Universitätsmedizin Göttingen als Verfahren des AKE durch die eigene Pulmonalklappe (Autograft) bei Kindern und Jugendlichen unter besonderer Berücksichtigung der Haltbarkeit und Funktion des pulmonalen Autografts und der postoperativen Entwicklung des hypertrophierten linken Ventrikels. Zu diesem Zwecke wurden retrospektiv klinische Daten bezüglich der linksventrikulären Funktion und Haltbarkeit des pulmonalen Autografts und der klinischen Belastbarkeit ausgewertet. Patienten und Methoden: Untersucht wurden die Entwicklung der Neo-Aortenklappe (Autograftklappe) und des linken Ventrikels nach Ross-Operation bei 31 Patienten unter 21 Jahren, die zwischen 1994 und 2008 in Göttingen operiert wurden. Das Alter der untersuchten Patienten betrug zum Operationszeitpunkt zwischen 6 Monaten und 20 Jahren (Mittelwert: 133 Monate b= 11,1 Jahre). Der Nachbeobachtungszeitraum variierte zwischen 10 Monaten und 14 Jahren (Mittelwert: 67 Monate b= 5,6 Jahre). Retrospektiv wurden 2 verfügbare postoperative Echokardiographien bezüglich der Durchmesser des Aortenklappenrings, der Aortenwurzel, des sino-tubulären Übergangs, des LVESD, des LVEDD, des IVS und der linksventrikulären HW ausgewertet. Zur Vergleichbarkeit des untersuchten Kollektivs mit gesunden Kindern und Jugendlichen wurden mit Hilfe von Regressionskurven nach Daubeney et al. (1999) und Pettersen et al. (2008) Z-Werte für die gemessenen Durchmesser bestimmt und ihre Entwicklung durch statistische Methoden ausgewertet. Ergebnisse: Im untersuchten Patientenkollektiv konnte kein signifikanter Anstieg der Z-Werte der Durchmesser der Neo-Aortenklappe und des linken Ventrikels beobachtet werden. Die Z-Werte des Neo-Aortenwurzel-Durchmessers und des LVEDD näherten sich im Verlauf signifikant den Normkurven an. Bei keinem Patienten wurde ein Ersatz des Autografts notwendig. 1 Patient benötigte eine operative Revision der Neo-Aortenklappe in Form einer supravalvul¨aren Kürzung und Ummantelung der Autograft-Wurzel bzw. des sino-tubulären Übergangs. Bei 15 Patienten kam es im Verlauf zu einer Autograftinsuffizienz ersten Grades. Diese beobachteten Einschränkungen der Neo-Aortenklappenfunktion im Sinne einer geringen oder trivialen Insuffizienz waren ohne klinische Relevanz. 1 Patientin verstarb unmittelbar postoperativ an einer intrazerebralen Blutung. Zu weiteren schwerwiegenden Komplikationen kam es nicht. Die Haltbarkeit des Pulmonalis-Ersatzes durch einen Homograft oder einen Xenograft war bereits innerhalb der ersten postoperativen Dekade limitiert. Im postoperativen Nachbeobachtungszeitraum benötigten 5 Patienten einen Austausch des Implantats. Bei den ausgetauschten Homografts handelte es sich in 3 Fällen um Pulmonalis-Homografts und in 2 Fällen um Aortenhomografts. Fazit: Die Ross-Operation ist ein Verfahren des AKE, das besonders für Kinder und Jugendliche auf Grund des Wachstumspotentials, der exzellenten Hämodynamik, der Regenerationsfähigkeit, der Infektresistenz, der uneingeschränkten natürlichen Funktion und der Athrombogenität besonders geeignet ist. Auch für Frauen mit Kinderwunsch und junge Männer mit Risikoprofil (durch Sport oder verletzungsträchtige Berufstätigkeit) oder Patienten mit Kontraindikation für eine Phenprocoumon-Therapie ist die Ross- Operation wegen der nicht notwendigen Marcumarisierung eine attraktive Behandlungsoption. Die befürchtete Dilatation des Autografts im Langzeitverlauf konnte nicht beobachtet werden.

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Basische Helix-Loop-Helix (bHLH)-Proteine bilden eine diverse Gruppe evolutionär gut konservierter Transkriptionsfaktoren. Viele transaktivierende bHLH-Proteine werden zelltyp- oder gewebespezifisch exprimiert und fungieren als wichtige Schlüsselregulatoren zellulärer Determinations- und Differenzierungsprozesse. Die eng verwandten neuronalen bHLH-Gene Neurod1, Neurod2 und Neurod6 werden in differenzierenden Pyramidenneuronen des sich entwickelnden zerebralen Kortex exprimiert und stehen schon lange im Verdacht, deren Reifung zu steuern. In der Vergangenheit wurde jedes der drei Gene in Mäusen inaktiviert. Untersuchungen an den einfach-defizienten Tieren konnten jedoch keine wichtigen Funktionen in embryonalen Pyramidenneuronen identifizieren. Da die Aminosäuresequenzen und die Expressionsmuster der Faktoren sehr ähnlich sind, wurde angenommen, dass sie sich redundante Funktionalität teilen. Um dies zu überprüfen, habe ich Neurod2/6-doppel-defiziente Tiere gezüchtet und unter besonderer Berücksichtigung der Differenzierung von Pyramidenneuronen und der Konnektivität des zerebralen Kortex analysiert: Die Experimente zeigen, dass Neurod2 und Neurod6 tatsächlich mehrere bisher unbekannte gemeinsame Funktionen haben, wobei jeder Faktor für den Verlust des jeweils anderen kompensieren kann. Zumindest eines der beiden Gene ist notwendig für (1) die Kontrolle der radialen Migration eines Teils der Pyramidenneurone, (2) die frühe Regionalisierung des zerebralen Kortex und (3) die Bildung kortikaler Projektionen vom Neokortex zum Striatum, zum Thalamus und zur kontralateralen Hemisphäre. Callosale Axone bilden in Neurod2/6-doppel-defizienten Mäusen Faserbündel die tangential in den medialen Kortex einwachsen, aber noch vor Erreichen des ipsilateralen Cingulums und vor dem Kontakt mit der Mittellinie stoppen und defaszikulieren. Es resultiert eine neue Variante der callosalen Agenesie, die nahelegt, dass es bisher nicht identifizierte Wachstumssignale im medialen Kortex gibt. Die Expression von Neurod1, welche sich normalerweise auf die Subventrikularzone beschränkt, persistiert in radial migrierenden Pyramidenneuronen der Intermediärzone und der Kortikalplatte von Neurod2/6-doppel-defizienten Mäusen. Diese ektopische Neurod1-Expression kann dort den Verlust von Neurod2 und Neurod6 kompensieren. In einem weiteren Schritt habe ich konditionale Neurod1/2/6-tripel-defiziente Mäuse gezüchtet. In diesen Tieren wird das Neurod1-Gen durch selektive genetische Rekombination in all jenen Zellen, die über Neurod6-Promoteraktivität verfügen, irreversibel entfernt: Wie erwartet, teilt sich Neurod1 weitere gemeinsame Funktionen mit Neurod2 und Neurod6. Zumindest eines der drei Gene ist notwendig für die Differenzierung hippokampaler Pyramidenzellen und die Hemmung des programmierten Zelltods der unreifen Neuronen des Cornu Ammonis. Während die gemeinsame Inaktivierung von Neurod1/2/6 zur Aplasie des Hippocampus führt, überlebt ein Großteil der neokortikalen Pyramidenzellen. Die terminale neuronale Differenzierung ist jedoch auch im Neokortex gestört und die neokortikale Konnektivität sehr stark reduziert. Diese Arbeit zeigt, dass die Transkriptionsfaktoren der NeuroD-Familie gemeinsam die Differenzierung, das Überleben, die Migration und das axonale Wachstum von pyramidalen Neuronen des sich entwickelnden zerebralen Kortex steuern. Während der Embryonalentwicklung ergeben sich folgende, teils überschneidende Funktionen der NeuroD-Gene: Die Differenzierung und das Überleben von hippocampalen Körnerzellen ist abhängig von Neurod1. Die frühen Schritte der Differenzierung von hippocampalen Pyramidenneuronen und deren Überleben sind eine Funktion von wahlweise Neurod1, Neurod2 oder Neurod6. Spätere neuronale Differenzierungsschritte, die Regionalisierung des Neokortex und das gezielte Wachstum wichtiger neokortikaler Faserzüge basieren auf Funktionen von Neurod2 oder Neurod6, aber nicht von Neurod1. Der postnatale Umbau des somatosensorischen Kortex und die funktionale Integration thalamischer Afferenzen wurden bereits als strikt Neurod2-abhängig beschrieben.

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Hintergrund: Die Prognose von Patienten mit einem Plattenepithelkarzinom des Kopf-Hals-Bereichs konnte trotz multimodaler Therapieregime in den letzten Jahren nicht wesentlich verbessert werden. Neue Therapieansätze sind also von hoher Bedeutung. Methoden: In dieser Arbeit wurde ein Patientenkollektiv von 66 Patienten untersucht, welches im Zeitraum von Oktober 2010 bis Oktober 2012 wegen eines Plattenepithelkarzinoms des Kopf-Hals-Bereichs mit einer konkomitanten Radiochemotherapie (RCT) in der Abteilung für Strahlentherapie und Radioonkologie der Universitätsmedizin Göttingen behandelt wurde. Die Plasmen dieser Patienten wurden zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten der Behandlung auf das Vorliegen der vier Chemokine CCL2, CCL5, CCL20 und CXCL12 und des Akut-Phase-Zytokins IL-6 und deren Konzentrationsveränderungen während der RCT mittels ELISA (Enzyme-linked-Immunosorbent-Assay) untersucht. Dabei wurde sowohl ein möglicher Zusammenhang zwischen der Konzentration und der Behandlungsmodalität als auch ein Zusammenhang zwischen der Konzentration und dem Lymphknotenstatus analysiert.  Ergebnisse: Unsere Ergebnisse zeigen sowohl, dass CCL2 im Plasma dieses Kollektivs nachweisbar ist, als auch einen signifikanten Anstieg der CCL2-Konzentration während einer RCT. Bei Patienten, die zu Beginn der Therapie noch einen manifesten Tumor hatten, ließ sich ein signifikant niedrigerer CCL2-Spiegel messen als bei Patienten, die im adjuvanten Rahmen eine RCT erhielten. Im Vergleich der CCL2-Konzentrationen bei Patienten mit unterschiedlichem Lymphknotenstatus  konnten wir keine signifikanten Werte messen. Während der RCT maßen wir einen signifikanten Abfall der CCL5-Konzentration im Plasma. Patienten, die aufgrund der Ausdehnung des Tumors inoperabel waren, hatten signifikant höhere CCL5-Spiegel als Patienten, die vor Beginn der RCT operiert wurden. Ein signifikanter Unterschied zwischen einem positiven oder negativen Lymphknotenstatus ließ sich bei CCL5 nicht feststellen. Die CCL20-Konzentration fiel während der RCT signifikant ab. Ein Vergleich des unterschiedlichen Lymphknotenstatus zeigte keine Signifikanz. Unsere Ergebnisse zeigen weiterhin, dass die CXCL12-Konzentration nicht signifikant während einer RCT anstieg. Der Unterschied der CXCL12-Konzentration getrennt nach positivem oder negativem Lymphknotenstatus war ebenfalls nicht signifikant. Während einer RCT analysierten wir einen signifikanten Anstieg der IL-6-Konzentration. Die Konzentration des Akut-Phase-Zytokins war zu zwei Zeitpunkten unserer Messung in primär behandelten Patientenplasmen signifikant höher als in adjuvant behandelten Patientenplasmen. Einen signifikanten Unterschied der IL-6-Konzentration zwischen einem positiven oder negativen Lymphknotenstatus konnten wir nicht messen. Diskussion: Die klinische Relevanz der dargestellten Ergebnisse ist aufgrund der einfach zugänglichen Probengewinnung und Methodik und einer möglichen Verwendung als Biomarker für das Tumoransprechen und die Prognose als hoch einzuschätzen. Wie in dieser Arbeit z. B. bei dem Chemokin CCL5 gezeigt, könnte es in Zukunft von klinischer Bedeutung sein, eine individualisierte Therapie für Patienten mit unterschiedlichem Krankheitsstadium (Inoperabilität oder Operabilität des Tumors) etablieren zu können. In der vorgelegten Arbeit ließ sich eine signifikant höhere CCL5-Konzentration im Plasma bei Patienten mit Vorliegen des Primärtumors messen im Vergleich zu Patientenplasma, welches adjuvant behandelt wurde. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass CCL5 direkt vom bestehenden Tumor ins Blut sezerniert wird und somit auch als möglicher Biomarker in der Diagnose und Therapie des Kopf-Hals-Malignoms genutzt werden könnte.  Sollten sich durch weiterführende Untersuchungen die hier beschriebenen Effekte bestätigen, ist die Anwendung im klinischen Alltag als eine sinnvolle Ergänzung zur bisherigen Behandlung in der Therapie von Patienten mit einem Malignom des Kopf-Hals-Bereichs denkbar.

Asthma ist eine Erkrankung die das komplette Immunsystems involviert, ein System so komplex, dass es sich nur unzureichend in-vitro studieren lässt. Daher haben sich Mausmodelle als ein unverzichtbares Werkzeug in der präklinischen Asthmaforschung etabliert. Da es sich weiterhin bei Asthma um eine Erkrankung handelt, die durch eine schnelle Änderung der Symptome gekennzeichnet ist, wäre longitudinale vorzugsweise nicht-invasive Bildgebung, insbesondere bei der Entwicklung und Bewertung neuer Therapiekonzepte von großem Interesse. Nachteilig hingegen ist, dass die Darstellung der Mauslunge in der Praxis auf Grund der Größe des Organs und, im Falle einer in vivo Bildgebung, durch die Bewegung des Brustkorbes sich als äußerst schwierig herausstellt. Die Vielzahl der Luft-Gewebe-Grenzflächen erzeugt starke Streuung in der optischen Bildgebung, der große Hohlraum der Lunge verursacht Suszeptibilitätsartefakte bei der MRT und die Rippen erschweren eine Ultraschallbildgebung. Aus diesen Gründen besteht ein großer Bedarf an neuen Bildgebungsverfahren, um die durch Asthma verursachten anatomischen, funktionalen und molekularen Veränderungen darstellen zu können. Um die Schwierigkeiten in der Lungenbildgebung bei Mäusen zu umgehen, habe ich mich auf drei wesentliche Bildgebungsstrategien fokussiert: A) anatomische Bildgebung durch “inline free propagation phase contrast computed tomography”, B) direkte Messung der Lungenfunktion durch “low dose planar cinematic x-ray imaging” und C) funktionale Bildgebung mit Hilfe der „near infrared fluorescence imaging“ in Kombination mit Antikörpern, die mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert wurden, oder “smart probes”, die in Gegenwart von Entzündungen aktiviert werden. Durch die Anwendung von “phase contrast computed tomography” für die anatomische Bildgebung war ich in der Lage morphologische Veränderung des Lungengewebes zu quantifizieren, indem ich lokal das Verhältnis zwischen Weichgewebe und Luft, das Zusammenziehen der Luftwege sowie das Anschwellen der Bronchialwände im asthmatischen Lungengewebe ausgewertet habe. Diese Parameter erlaubten es zwischen Mäusen von Asthmamodellen unterschiedlicher Schweregrade, therapierten und gesunden Mäusen zu unterscheiden. Zusätzlich ermöglichte diese Technik die Darstellung intra-tracheal applizierter Bariumsulfat markierter Makrophagen im Lungengewebe. Dies stellt meines Wissens die erste Kombination einer funktionalisierten Kontrastierung und hochauflösender Lungenbildgebung mittels CT unter in vivo ähnlichen Bedingungen dar. Um diese Ergebnisse mit dem Grad der asthmabedingten Kurzatmigkeit zu korrelieren, habe ich eine einfache und verlässige Methode entwickelt die es, basierend auf 2D Röntgen-videos niedriger Röntgendosis (~6,5mGy) erlaubt, in narkotisierten Mäusen die Lungenfunktion zu bewerten. Mit Hilfe dieser neuen Methode gelang es mir charakteristische Unterschiede in der Lungenfunktion von asthmatischen, therapierten und gesunden Mäusen in vivo über die Zeit nachzuweisen, und diese Resultate mit den Ergebnissen von CT und Histologie zu korrelieren. Das Verfahren wird derzeit von mir für die Anwendung an frei beweglichen und nicht narkotisierten Mäusen weiterentwickelt. Dies sollte zu einer deutlichen Stressreduktion für die Maus bei der Untersuchung führen und somit, vor allem in Asthma, im Gegensatz zu etablierten Verfahren wie Plethysmographie, die Erhebung validerer Messdaten erlauben. Mit Hilfe von „near infrared fluorescence imaging“ konnten wir in vivo und longitudinal erfolgreich verschiedene durch Asthma ausgelöste molekulare Veränderungen in der Mauslunge verfolgen. Erstens erlaubte die Verwendung einer neuen Polyglyzerol Probe mit dendritischer Struktur (MN2012) die spezifisch an Selektine bindet, die Darstellung der durch Asthma verursachten Entzündung der Lunge. Im Zuge dessen konnten wir nachweisen, dass sich MN2012  zur Darstellung von Enzymkinetiken bei Entzündungsreaktionen durch eine schnellere Kinetik und höher Spezifität als kommerziell erhältliche Proben auszeichnet. Zweitens haben wir gezeigt, dass in Kombination mit einem Fluoreszenz markiertem Antikörper gegen SiglecF, einem Antigen das hauptsächlich auf Eosinophilen exprimiert ist, Eosinophilie in asthmatischen Mäusen verfolgt und der Effekt einer Dexamethason Behandlung  ebenso dargestellt werden kann. Drittens konnten wir den Verbleib inhalierter fluoreszierender Nanopartikel in der Lunge der Maus in vivo untersuchen und dabei nachweisen, dass diese hauptsächlich von endogenen Makrophagen im Lungengewebe aufgenommen werden. Alle diese Techniken wurden gegeneinander und mittels histologischer Analyse und Fluoreszenzmikroskopie korreliert und validiert.  Zusammenfassend bilden die in meiner Dissertation entwickelten Lungenbildgebungsstrategien für Asthmamausmodelle eine Bildgebungsplattform, um sowohl spezifische Effekte in asthmatischen Mäusen unterschiedlichen Schweregrades als auch die Auswirkungen neuer Therapien abzubilden und im Detail zu untersuchen.