Spiral ganglion neurons (SGNs) within the cochlea degenerate following the loss of the auditory sensory epithelium, the auditory hair cells. Since these neurons are the target cells of the cochlear implant, which bypasses damaged or lost hair cells to stimulate the SGNs directly, enhanced SGN number and integrity may provide enhanced outcomes for cochlear implant patients. Improved contact between the cochlear implant electrode array and the auditory nerve fibres is also likely to enhance the benefits received by cochlear implant patients. Therefore, the identification of molecules with the capacity to support SGN survival and stimulate axonal growth has significant clinical implications. Based on their roles in the development and maintenance of the auditory system, some neurotrophic factors are expected to play an important role in enhancing the survival of auditory elements following deafening. This thesis investigates various molecules for their capacity to stimulate and guide the growth of SGN axons, and also investigates the survival-promoting effects of specific neurotrophic factors on SGN survival in clinically relevant animal models of deafness. Two neurotrophic factors were identified specifically to stimulate axonal growth from SGNs in an in vitro model of deafness.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst. / Härtill 5 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst. / Härtill 4 uppsatser.

No description available.

Zugl.: Münster (Westfalen), Univ., Diss., 2008

Dissertation (Ph.D.) --University of Texas Graduate School of Biomedical Sciences at San Antonio, 2008. / Vita. Includes bibliographical references.

Parkinson’s disease (PD) is among the most devastating neurodegenerative disorders, and affects 1% of the global population above the age of 60. Several mechanisms have been proposed to explain the dopamine degeneration exhibited in PD: mitochondrial dysfunction, and endoplasmic reticulum (ER) stress. Inaccurate diagnosis is one of the greatest challenges to treatment of PD. Currently, there is no standard diagnostic test for PD. Neurotrophic factors (NTF) are secreted proteins that promote survival and maintenance of neurons during development. The loss of NTFs for specific neuronal populations could confer susceptibility to various neurodegenerative disorders. Cerebral dopamine neurotrophic factor (CDNF) is a novel NTF selective for dopamine neurons. CDNF has demonstrated profound neuroprotective and neurorestorative effects on dopamine neurons in well established animal models of PD. Presently, there are no studies examining endogenous levels of CDNF in PD models or clinical populations of PD, prompting the present study. Findings will bring insight into the neurobiological mechanisms underlying neurodegeneration in PD. This study has determined that CDNF protein and mRNA expression is not altered following 6-OHDA lesioning, suggesting a compensatory mechanism of CDNF in response to injury. We have also determined that CDNF mRNA expression declines with age, which could confer susceptibility to developing neurodegenerative diseases such as PD. In clinical populations of PD, platelets showed a significant increase in CDNF mRNA expression that was not seen in lymphocytes or whole blood. This suggests a role of CDNF in PD, specifically for platelets; however, it is important to delineate whether this increase is the result of treatment. Incidentally, we found that CDNF mRNA expression is significantly reduced following stroke. Together, these results stress the importance of CDNF in disorders stemming from ER stress. Future studies should examine the role of CDNF in preclinical models of stroke, as well as knockout models of PD. / Thesis / Master of Science (MSc)

Die retinale in vivo Bildgebung gewann in den letzten 2 Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung. Es fehlt aber häufig die Korrelation der in vivo erstellten quasi „histologischen“ Aufnahmen mit der tatsächlichen Histologie. An der Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde des Universitätsklinikums Würzburg wurde ein standardisiertes System zur vergleichenden in vivo/ex vivo und histologischen retinalen Bildgebung des menschlichen Auges etabliert. In der vorliegenden „proof of concept study“ konnte der Arbeitsablauf erfolgreich gezeigt werden. Es wurden Abläufe geschaffen, die die ex vivo multimodale retinale Bildgebung analog zur in vivo Bildgebung an denselben Geräten ermöglichen. Die histologische Aufarbeitung des Gewebes erfolgt im Anschluss und ermöglicht die Korrelation von technisch gefundenen Veränderungen mit lichtmikroskopisch beschriebenen Auffälligkeiten. Diese histologischen Korrelate tragen zum besseren Verständnis von in vivo gefundenen Veränderungen bei. Gleichzeitig verbessern neu gefundene Auffälligkeiten in der in vivo Bildgebung das Verständnis und Früherkennung vieler retinaler Erkrankungen. Die Vorteile exzellent konservierter, aufbereiteter und histologisch untersuchter Proben wurde hier am Beispiel der CNTF-Expression dargestellt. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Zytokin insbesondere bei neovaskulärer AMD in den Fotorezeptoraußensegmenten exprimiert wird. / Retinal in vivo imaging has become increasingly important over the past two decades. However, there is often no correlation between the almost histological image quality made in vivo and the actual histology. A standardized system for comparing in vivo/ex vivo and histological retinal imaging of the human eye was established at the “Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde des Universitätsklinikums Würzburg”. In this "proof of concept study" the workflow could be successfully demonstrated. Procedures were created that enable ex vivo multimodal retinal imaging analogous to in vivo imaging on the same devices. The histological processing of the tissue is then carried out and enables the correlation of technically found changes with abnormalities described by light microscopy. These histological correlations contribute to a better understanding of changes found in vivo. At the same time, newly found abnormalities in in vivo imaging improve the understanding and early detection of many retinal diseases. The advantages of excellently preserved, processed and histologically examined samples were presented here using CNTF expression as an example. It could be shown that this cytokine is expressed in the photoreceptor outer segments, particularly in neovascular AMD.

Neurotrophic factors are proteins involved in the maturation, differentiation and survival of neurons. Due to their neuroprotective properties, they have been regarded as potent candidates for the treatment of neurodegenerative diseases. Recently, a novel family of neurotrophic factors was discovered comprising mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor (MANF) and cerebral dopamine neurotrophic factor (CDNF). These factors have been shown to protect against the degeneration of nigrostriatal dopaminergic neurons in mammalian models of Parkinson's disease, however their neuroprotective mechanisms of action are not yet understood. Although distinct in vertebrates, MANF and CDNF constitute a single homolog in invertebrates. In the present study, we have characterized the in vivo expression and function of the C. elegans homolog manf-1. We have shown that manf-1 is not essential for neuronal development, however when knocked down, mutants exhibit enhanced age-related dopaminergic neuronal degeneration accompanied by an increase in the endogenous ER stress response. Loss of manf-1 function also results in enhanced alpha-synuclein expression and aggregation, a pathological hallmark of Parkinson’s disease. / Thesis / Master of Science (MSc)

Als Therapieversuch bei Plexusläsionen wird die Replantation ausgerissener Vorderwurzelfasern durchgeführt. Voraussetzung für die erfolgreiche Regeneration von Motoneuronaxonen sind 1. Überleben einer ausreichenden Anzahl von Motoneuronen 2. erfolgreiche Wiederherstellung der Kontuität ausgerissener Axone mit dem Rückenmark und 3. funktionelle Hochwertigkeit regenerierter Axone. Neurotrophe Faktoren können Überleben und Regenerationsfähigkeit von Motoneuronen fördern. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Analyse des Einflusses von CNTF und BDNF auf die Regeneration von Motoneuronaxonen nach Ausriss und Replantation im Segment C7 nach einer Überlebenszeit von 3 Wochen bzw. 6 Monaten. Vervollständigt wurden diese Untersuchungen durch detaillierte morphologische Analysen von Spinalganglien, durchtrennter Hinterwurzel und verletztem Hinterhorn. In verschiedenen Gruppen von adulten Kaninchen wurden CNTF, BDNF, oder beide Faktoren auf die ventrolaterale Replantationsstelle appliziert, Kontrollen wurden ohne Faktor belassen (n>5). Die Überlebenszeit der Versuchstiere lag bei 3 Wochen (n=3 Kontrollen) und 6 Monaten (n=27). Aus dem perfundiertem Gewebe wurden Semidünnschnitte durch Vorderwurzel/Spinalganglien und Kryostatserienschnitte durch das Segment C7 angefertigt. DiI-Fluoreszenztracing, Markscheidenfärbung, eine modifizierte Klüver-Barrera-Färbung der Kryostatschnitte sowie eine Touloidinblaufärbung der Semidünnschnitte ermöglichte die morphologische und morphometrische Analyse des Gewebes. Die Anzahl der überlebenden Motoneurone lag nach sechs Monaten bei allen Versuchsgruppen bei etwa 30%. Fluoreszenz-Tracing und Markscheidenfärbungen von Serienschnitten zeigten, dass Axone sowohl über die ursprünglichen ventralen Austrittstellen als auch über die ventrolaterale Replantationsstelle das Rückenmark verließen und im Bereich des Spinalganglions eine kompakte Vorderwurzel bildeten. Ventral austretende Axone zeigten signifikant größere Durchmesser als lateral austretende. Ausmaß und Art der Regeneration waren interindividuell unterschiedlich, die besten Ergebnisse zeigte die Replantation nah am ursprünglichen Austrittsort der Vorderwurzel. Unterschiede zwischen den Gruppen waren nicht deutlich. In Semidünnschnitten durch die regenerierte Vorderwurzel fanden sich nach drei Wochen kaum intakte, myelinisierte Axone, nach sechs Monaten war die Zahl der Axone auf etwa 45% der Zahl der gesunden Seite angestiegen. Regenerierte Axone waren dünn, typische Motoneuronaxone stellten nur einen kleinen Teil der regenerierten Axone. Gruppenunterschiede fanden sich im Axon-Myelinverhältnis, das bei Kontrollen der replantierten Seiten signifikant erniedrigt war. Diese Erniedrigung war noch vorhanden, jedoch nicht mehr signifikant bei Tieren, die mit CNTF- und BDNF-behandelt wurden. Die replantierten Vorderwurzeln der CNTF+BDNF-Gruppe zeigte überwiegend eine signifikant bessere Myelinisierung als die replantierten Kontrollen. An der früheren Hinterwurzeleintrittszone am Rückenmark wurden in Tieren mit geringem Verletzungsausmaß kleine ZNS-Gewebsprotrusionen beobachtet, in denen sich myelinisierte Axone befanden. Diese Axone zeigten eine Wachstumsrichtung in die Peripherie, was auf eine Sprossung der sensorischen Rückenmarksneurone schließen lässt. Innerhalb des Spinalganglions waren Neuron- und Axondichte auf den verletzten Seiten nicht wesentlich verändert. Eine leichte Abnahme des relativen Anteils großer Neurone und Axone wurde in den verletzten Seiten der Kontrollgruppe beobachtet. Für Axone war diese Abnahme statistisch signifikant. Im Gegensatz dazu war dies in Tieren, die mit neurotrophen Faktoren behandelt wurden, nicht zu beobachten. Bei allen Tieren zeigte sich ein beträchtliches Auswachsen von Hinterwurzelaxonen aus dem Spinalganglion. Diese Axone fanden keine spontane Verbindung mit dem proximalen Rest der Wurzel, sondern waren durch Bindegewebe eingehüllt. Bei etwa der Hälfte der Tiere zeigte sich, dass einer Untergruppe dieser Axone in Richtung des Narbengewebes der replantierten Vorderwurzel gewachsen war und über Defekte in der Bindegewebshülle teilweise sogar in die Vorderwurzel einwuchsen. Ein möglicher Einfluss der applizierten neurotrophen Faktoren auf das quantitative Regenerationsergebnis scheint also in diesem Modell gering zu sein. Auf eine qualitative Verbesserung deutet die Normalisierung des Axon-Myelinverhältnisses großer regenerierter Axone bei Kombinationsbehandlung hin. Die im vorliegenden Modell beträchtliche Regenerationskapazität der Hinterwurzel scheint bisher unterschätzt worden zu sein. Das unerwartete Einwachsen von Hinterwurzelaxonen in die Vorderwurzel könnte mit einer funktionellen Beeinträchtigung der regenerierten Vorderwurzel verbunden sein. / Treatment of brachial plexus lesions is attempted by surgical replantation of avulsed nerve roots. Prerequisites for successful regeneration of motoneuron axons are 1. survival of a large number of motoneurons, 2. restoration of connectivity between avulsed nerve roots and spinal cord and 3. high quality of regenerated axons. Regeneration and survival of motoneurons can be supported by neurotrophic factors. In the present study, the influence of CNTF and BDNF on regeneration of motoneurons after C7 ventral root avulsion and replantation after 3 weeks and 6 months was analysed. Additionally, detailed morphological analyses of dorsal root ganglia (DRG), severed dorsal roots and injured dorsal horns were performed. In adult rabbits C7 dorsal roots were severed, ventral roots were avulsed and replanted ventrolaterally. CNTF, BDNF, or both was applied to the replantation site, controls were replanted without application of neurotrophic factors (n>5). After 3 weeks (n= 3 controls) and 6 months (n= 27) after avulsion and replantation semi-thin sections of ventral roots and DRGs as well as cryostat serial sections from C7 spinal cord segment were prepared. DiI-fluorescence tracing, myelin-sheath staining, modified Klüver-Barrera staining of cryostat section and touloidinblue staining of semi-thin sections served for morphological and quantitative analyses. Six months after lesion, a survival of 30% of the C7 motoneurons was found without differences between the experimental groups. Retrograde fluorescent tracing and histological analysis documented that many axons had regrown through the original ventral exit zones or had exited the spinal cord at the lateral replantation site. However, many laterally exiting axons had not grown out directly from the ventral horn through the lateral white matter but had elongated vertically before leaving the spinal cord. The mean axonal diameter was significantly higher in regenerated axons that had exited through the original ventral exit zones in comparison with axons which had grown out laterally. Application of BDNF and/or CNTF did not show any effects on the pathways of regeneration into the replanted root. Three weeks after ventral root avulsion and replantation the number of axons was rare. After six months, the number of myelinated axons increased to 45% compared to unlesioned sides. Regenerated axons were mainly of small caliber with few axons showing typical properties of motoneuron axons. In controls myelination was significantly reduced compared to the unlesioned sides. This was not observed after CNTF, BDNF and CNTF+BDNF treatment. In CNTF+BDNF treated animals myelination was significantly increased compared to replanted controls in the majority of cases. At the dorsal root entry zone, small myelinated axons extended into central tissue protrusions, in cases with well-preserved morphology. This suggested sprouting of spinal neuron processes into the central dorsal root remnant. In lesioned DRGs, the density of neurons and myelinated axons was not significantly altered, but a slight decrease in the relative frequency of large neurons and an increase of small myelinated axons was noted (significant for axons). Unexpectedly, differences in the degree of these changes were found between control and neurotrophic factor-treated animals. Central axons of DRG neurons formed dorsal root stumps of considerable length which were attached to fibrous tissue surrounding the replanted ventral root. In cases where gaps were apparent in dorsal root sheaths, a subgroup of dorsal root axons entered this fibrous tissue. Continuity of sensory axons with the spinal cord was never observed. Some axons coursed ventrally in the direction of the spinal nerve. In summary, the number of surviving motoneurons and regenerating axons appeared not to be influenced by a single- dose application of neurotrophic factors in this model. However, improvement of myelination indicated that the quality of regeneration can be increased especially by CNTF+BDNF- treatment. Moreover, the considerable capacity of dorsal root regeneration we observed in this study has possibly been underestimated previously. The unexpected ingrowth of dorsal root axons into the regenerated ventral roots could be harmful for ventral root regeneration.