Die Blut-Nerven-Schranke stellt eine Barriere zwischen den Axonen und dem Gewebe, das sie umgibt, dar. Durch verschiedene Mechanismen wird die intraneurale Homöostase aufrecht erhalten, welche für die Funktion der Axone essentiell ist. Auf der einen Seite stellt die Blut-Nerven-Schranke einen Schutzmechanismus für Nerven dar. Auf der anderen Seite erschwert sie die Applikationen von Pharmaka, z.B. Analgetika, sodass bis dato Lokalanästhetika die einzige Substanzklasse darstellen, welche zur gezielten örtlichen, analgetischen Therapie in der breiten Verwendung ist. Das Netzwerk der Tight junctions im Perineurium ist eine Schlüsselkomponente für die Funktion der Blut-Nerven-Schranke. Es konnte experimentell gezeigt werden, dass durch pharmakologische Interaktion mit den Tight Junctions eine Schrankenöffnung erzielt werden kann. Dieser Effekt wurde durch unsere Arbeitsgruppe nachgewiesen für das von der N-terminalen Schleife des Claudin-1 abgeleitete Peptid C1C2, hypertone Substanzen, wie HTS und den Gewebeplasminogenaktivator tPA. Durch Anwendung solcher Wirkstoffvermittler könnte das Axon für andere Substanzklassen erreichbar werden. Die Fragestellung dieser Arbeit war, ob sich durch die lokale Anwendung dieser Pharmaka am N. ischiadicus von Wistar Ratten toxische Effekte ergeben. Hierzu wurden immunhistochemische Färbungen mit einem Anti-CD68- Antikörper zur Darstellung von endoneuralen Makrophagen als Zeichen einer lokalen Entzündungsreaktion verwendet. Weiterhin wurden die Nerven mit Hilfe histomorphometrischer Analysen auf morphologische Veränderungen hin untersucht. Keine der untersuchten Substanzen bewirkte eine Zunahme von endoneuralen Makrophagen im Vergleich zur scheinbehandelten Kontrollgruppe. Die Positivkontrolle eines N. ischiadicus nach chronischer Konstriktionsläsion (CCI) zeigte hingegen eine massive Vermehrung endoneuraler Makrophagen. Bei der morphometrischen Analyse zeigte sich nur bei der mit tPA behandelten Gruppe eine Abnahme der g-Ratio, welche das Verhältnis von Myelinschicht zu Faserdurchmesser wiederspiegelt. Die anderen Teilaspekte der Untersuchung blieben unauffällig. Aus dieser Arbeit kann geschlossen werden, dass sich mit den verwendeten Untersuchungsmethoden für keine der untersuchten Substanzen eine lokal toxische Wirkung nachweisen lässt. Um die Aussagekraft bezüglich der Anwendungssicherheit weiter zu erhöhen, wären im weiteren Verlauf Versuchsreihen mit Blick auf mögliche Langzeitwirkungen und etwaige systemtoxische Wirkungen von besonderer Bedeutung / The blood-nerve-barrier is vital for intraneural homoeostasis and therefore the function of the nerve. This study used histomorphometric and behavioral assays and examined potential pathological changes of the peripherous nerve when artificially disrupting the blood-nerve-barrier via perineural administration of several agents. The results showed that a single opening of the blood-nerve-barrier resulted in no such changes

Die HIV-Infektion des Gehirns induzierte eine Vielzahl neurologischer und neuropsychiatrischer Veränderungen, die gemeinsam als HIV-assoziierte Demenz bezeichnet werden. Insbesondere eine Beteiligung der glutamate-vermittelten Toxizität wird im Rahmen der HIV-Demenz diskutiert. Die vorliegende Arbeit verwendete das wichtigste Tiermodell der HIV-Infektion, mit simianen Immundefizienzviren (SIV) infizierte Rhesusaffen, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Immunaktivierung und adaptiven Veränderungen der glutamatergen Synapse und ihrer Umgebung zu untersuchen. Mittels einer Microarrayanalyse wurden allgemein Unterscheide im Genexpressionsprofil der Basalganglien von Rhesusaffen während dem Fortschreiten der Infektion erfasst. Die Ergebnisse zeigten Unterschiede in der transkriptionalen Regulation zwischen Chinesischen und Indischen Makakkensubspezies, sowie ein einzigartig differenziertes Genexpressionsmuster als Antwort auf die SIV-Infektion selbst. Um adaptive Veränderungen in den funktionalen Elementen der glutamatergen Synapse weiter zu charakterisieren, wurde die Expression der N-methyl-D-aspartat-Rezeptoruntereinheiten gemessen, wobei ein progressiver Verlust der Untereinheitenexpression im Putamen sowie ein differenziellen Expressionsmuster in Abhängigkeit sowohl von der Makakkensubspezies sowie von der Hirnregion im Nucleus accumbens SIV-infizierter Rhesusaffen festgestellt wurde. Außerdem konnte die vorliegende Arbeite zum ersten Mal eine Störung der exzitatorischen Aminosäuretransporter, dem wichtigsten Glutamatwiederaufnahmesystem, im Putamen, aber nicht im Nucleus accumbens, während der SIV-Infektion nachweisen. Zuvor durchgeführte Arbeiten wiesen darauf hin, dass neurochemischen Dysfunktionen unter Umständen das Ergebnis einer indirekten Toxizität vermittelt durch aktivierte Mikroglia und der daraus resultierenden Ausschüttung schädlicher Faktoren sein könnten. Entsprechend zeigten unsere Daten einen Anstieg in der MHC-II- und TNF-alpha-Expression bereits während der asymptomatischen Phase, und eine noch deutlichere Heraufregulierung in AIDS-Tieren. Zusammenfassend weist die vorliegen Arbeit auf komplexe und kombinierte Mechanismen von einem Anstieg in der Glutamatkonzentration mit einer Dysregulation der NMDA-Rezeptorfunktion sowie der Glutamatwiederaufnahmesysteme verursacht durch eine Immunaktivierung hin. Außerdem konnte in Versuchen zur pharmakologischen Beeinflussung der glutamatergen Synapse mittels dopaminerger Substanzen, NMDAR-Antagonisten und Antioxidantien eine Verbesse-rung der neurochemischen Funktion durch den nichtkompetitiven Antagonisten Memantin und die Antioxidantien Melatonin sowie N-Acetylcystein gezeigt werden. Hingegen trugen die Ergebnisse mit dem MAO-B-Inhibitor Selegilin weiter zu Bedenken zur Sicherheit und Effizienz dopaminerger Substanzen in der Behandlung von HIV-Patienten bei. Außerdem zeigte die vorliegende Arbeit, dass Memantin spezifisch die mRNA- und Proteinexpression des Neurotrophins BNDF heraufregulierte und weist somit auf eine neuartige pharmakologische Wirkung Antidementivums hin. In einer ergänzenden Studie wurden Schritte zur Entwicklung und Verbesserung adeno-assoziierten viraler und foamyviraler Vektoren, die shRNAs für die effiziente Ausschaltung der Expression des murinen und humanen Dopamintransporters, durchgeführt. Es wurden verschieden virale Vektorplasmide kloniert, Effektormoleküle mit einer hohen Knockdown-Aktivität identifiziert, und infektiöse rekombinante Viren hergestellt. Zudem konnte die Expression des humanen Dopamintransporters auf Lymphozyten bestätigt werden. Diese Ergebnisse werden die Entwicklung transgener Tiere und Zelllinien erleichtern und tragen so zur Analyse der natürlichen dopaminergen Neurotransmission in der psychiatrischen Forschung bei, wobei die durch endogene Anpassungen der dopaminerge Systeme in klassischen Knockout-Systemen hervorgerufenen Schwierigkeiten umgangen werden können. / HIV infection of the brain induces a wide range of neurological and neuropsychiatric symptoms colletively defined as HIV-associated dementia. In particular, glutamate-mediated toxicity is discussed to be involved in neurodysfunction during HIV dementia. The present thesis used the most relevant animal model for HIV infection, the simian immunodeficiency virus (SIV)-infected rhesus macaques, to explore the complex interaction between immuneactivation and adaptive alterations of the glutamatergic synapse and its environment. A microarray analyses was performed to asses general differences in gene expression pofiling in the basal ganglia of rhesus macaques during diseases progression. The results showed considerable differences in transcriptional regulation between Chinese and Indian macaque subspecies, as well as a uniques differential gene expression pattern in response to SIV infection itself. To further characterize adaptative changes in functional elements of the glutamatergic synapse we measured expression of N-methyl-D-aspartate receptor subunits and found a progressive loss of subunit expression in putamen as well as a differential expression pattern with respect to macaque subspecies and brain region in nucleus accumbens of SIV-infected monkey. In addition, the current thesis demonstrated for the first time a disruption of excitatory amino acid transporters, the most important glutamate clearing system, in putamen but not in nucleus accumbens during SIV-infection. Previous studies suggested that neurochemical dysfunction may be the result of indirect toxicity mediated by activated microglia and subsequent release of ditrimental factors. Accordingly, our data demonstrated an increase in MHC-II and TNF-alpha expression during the asymptomatic stage of infection which was further upregulated in AIDS animals. Taken together the present thesis points out to complex and combined mechanisms of an increase glutamate concentration with dysregulation of NMDA receptor function and glutamate clearing system caused by immuneactivation. In addition, experiments concerning pharmacological manipulation of the glutamatergic synapse by dopaminergic drugs, N-methyl-D-aspartate antagonists or antioxidant treatment revelead an improvement of neurochemical function by the uncompetitive NMDA antagonist memantine and by the antioxidants melatonin and N-acetylcysteine. In contrast, administration of the MAO-B inhibitor selegiline contributed to concerns about the saftey and efficiency of dopaminergic substances in treatment of HIV-patients. In addition, the current thesis demonstrated that memantine specifically upregulates mRNA and protein expression of the neurotrophic factor brain-derived neurotrophic factor, and therefore, refers to a novel pharmacological action of the antidementivum. In a complementary study we presented steps in the devolpment and improvement of adeno-associated viral and foamyviral vectors expressing short hairpin RNAs for an efficient knockdown of the murine and human dopamine transporter. We cloned different viral vector plasmids, identified effector molecues with high knockdown activity, and prepared infective recombinant viruses. In addition, we confirmed the expression of human dopamine transporter by lymphocytes. The results will facilitate the generation of transgenic animals and cell lines, and therefor contribute to the analysis of natural dopaminergic neurotransmission in psychiatric research overcoming the pitfalls of endogeneous adaptatations observerd in classical knockout technology.

Die Inzidenz und die Risikofaktoren der strahleninduzierten Leukoenzephalopathie bei Langzeitüberlebenden eines hochgradigen Glioms (HGG) sind noch wenig untersucht. Wir führten eine retrospektive Untersuchung in der Datenbank der Pitie-Salpetriere für Patienten mit supratentoriellen HGG durch, die mit fokaler Strahlentherapie behandelt wurden, ein progressionsfreies Gesamtüberleben von mehr als 30 Monaten hatten und deren Keimbahn-DNA sequenziert wurde. Die T2/FLAIR-Sequenzen der Verlaufs-MRT- Scans dieser Patienten wurden auf Anzeichen von Leukoenzephalopathie untersucht und ihre Krankenakten auf Informationen über zerebrovaskuläre Risikofaktoren und im Verlauf neu aufgetretene neurologische Symptome. Zur Bewertung des genetischen Risikos untersuchten wir eine Reihe von Kandidaten-Genen für Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs). Einundachtzig HGG-Patienten (18 Grad IV und 63 Grad III, 50M/31F) wurden in die Studie aufgenommen. Das mittlere Alter zum Zeitpunkt der Strahlentherapie betrug 48 Jahre (Spanne 18-69 Jahre). Die mediane Nachbeobachtungszeit nach Abschluss der Strahlentherapie betrug 79 Monate. Insgesamt 44 Patienten (44/81, 54,3 %) entwickelten während der Nachbeobachtung eine strahleninduzierte Leukoenzephalopathie. Neunundzwanzig der 44 Patienten entwickelten konsistente Symptome wie subkortikale Demenz (n = 28), Gangstörungen (n = 12) und Harninkontinenz (n = 9). Die kumulative Inzidenz der strahleninduzierten Leukoenzephalopathie betrug 21 % nach 12 Monaten, 42 % nach 36 Monaten und 48 % nach 60 Monaten. Alter > 60 Jahre, Rauchen und der Keimbahn-SNP rs2120825 (PPARg-Locus) waren mit einem erhöhten Risiko für eine strahleninduzierte Leukoenzephalopathie verbunden.

Die Inzidenz und die Risikofaktoren der strahleninduzierten Leukoenzephalopathie bei Langzeitüberlebenden eines hochgradigen Glioms (HGG) sind noch wenig untersucht. Wir führten eine retrospektive Untersuchung in der Datenbank der Pitie-Salpetriere für Patienten mit supratentoriellen HGG durch, die mit fokaler Strahlentherapie behandelt wurden, ein progressionsfreies Gesamtüberleben von mehr als 30 Monaten hatten und deren Keimbahn-DNA sequenziert wurde. Die T2/FLAIR-Sequenzen der Verlaufs-MRT-Scans dieser Patienten wurden auf Anzeichen von Leukoenzephalopathie untersucht und ihre Krankenakten auf Informationen über zerebrovaskuläre Risikofaktoren und im Verlauf neu aufgetretene neurologische Symptome. Zur Bewertung des genetischen Risikos untersuchten wir eine Reihe von Kandidaten-Genen für Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs). Einundachtzig HGG-Patienten (18 Grad IV und 63 Grad III, 50M/31F) wurden in die Studie aufgenommen. Das mittlere Alter zum Zeitpunkt der Strahlentherapie betrug 48 Jahre (Spanne 18-69 Jahre). Die mediane Nachbeobachtungszeit nach Abschluss der Strahlentherapie betrug 79 Monate. Insgesamt 44 Patienten (44/81, 54,3 %) entwickelten während der Nachbeobachtung eine strahleninduzierte Leukoenzephalopathie. Neunundzwanzig der 44 Patienten entwickelten konsistente Symptome wie subkortikale Demenz (n = 28), Gangstörungen (n = 12) und Harninkontinenz (n = 9). Die kumulative Inzidenz der strahleninduzierten Leukoenzephalopathie betrug 21 % nach 12 Monaten, 42 % nach 36 Monaten und 48 % nach 60 Monaten. Alter > 60 Jahre, Rauchen und der Keimbahn-SNP rs2120825 (PPARg-Locus) waren mit einem erhöhten Risiko für eine strahleninduzierte Leukoenzephalopathie verbunden.

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.