La transplantation est la meilleure alternative en cas d'insuffisance rénale terminale. Face à la pénurie de greffons, les équipes de transplantation se sont tournées notamment vers les donneurs décédés par arrêt circulatoire (DDAC) non contrôlés. Ces greffons soumis à une période d'ischémie chaude sont plus fragiles. Des méthodes de reconditionnement chez le donneur par refroidissement in situ (RIS) et circulation régionale normothermique (CRN) se sont développées afin de réduire les lésions d'ischémie-reperfusion. Le choix de la méthode est laissé à l'appréciation de chaque équipe et il existe une grande hétérogénéité des pratiques. Après prélèvement, l'utilisation des machines de perfusion hypothermique (MPH) est généralement recommandée. L'optimisation de ces phases de reconditionnement chez le donneur et de conservation hypothermique apparait comme un enjeu majeur de santé publique. Concernant l'optimisation du mode de reconditionnement, la mise au point d'un modèle préclinique porcin parfaitement reproductible a permis de mettre en évidence une supériorité de la CRN sur le RIS. Une durée de CRN de 4 heures minimum sans dépasser 6 heures paraît optimale. Concernant la conservation hypothermique, les MPH permettent le maintien du niveau d'expression des gènes retrouvé en fin de CRN. L'ajout d'une oxygénation active en MPH ou de curcumine en solution statique améliore le devenir du greffon à court et long termes dans un modèle préclinique d'autogreffe. Ce travail pourrait s'étendre à l'étude d'autres organes, d'autres durées d'ischémie chaude et aux DDAC contrôlés afin d'élargir encore le nombre d'organes éligibles à la transplantation. / Transplantation is the best alternative to end-stage renal disease. The shortage of grafts led the transplant teams to consider uncontrolled deceased donors after circulatory death (DCDs). These grafts suffered from a period of warm ischemia and are more vulnerable. Reconditioning methods in the donor by in situ cooling (ISC) and normothermic regional perfusion (NRP) have been developed to reduce the ischemia-reperfusion injuries. Each team has the choice as to the method and there are many different practices. After removal of kidneys, the use of hypothermic perfusion machines (HPM) is generally recommended. The optimization of reconditioning in the donor and hypothermic preservation appears as a major public health challenge. About optimization of the reconditioning method, the development of a high reproducible preclinical porcine model allowed to highlight the superiority of RNP over ISC. NRP duration of 4 hours minimum without exceeding 6 hours seems optimal. About hypothermic preservation, HPM allows to maintain the level of expression of the genes found at the end of RNP. The addition of active oxygenation to HPM or curcumin in static solution improves the graft outcomes in the short and long terms in a preclinical model of auto transplantation. This work could be extended to the study of other organs, other durations of warm ischemia and to controlled DCDs in order to further increase the number of transplantable grafts.

Ce travail de thèse concerne le traitement d’image fDOT (fDOT pour fluorescence diffuse optical tomography) suit vers deux axes. Le recalage d'images fDOT à l’aide de l’imagerie TEP (tomographie par émission de positons) et l’amélioration des reconstructions fDOT à l’aide de miroirs pour collecter des projections complémentaires. Il est présenté en deux parties : Dans la première partie, une méthode automatique pour recaler les images de fDOT avec les images de Tomographie par Emission de Positons (TEP) développée dans le but de corréler l’ensemble des informations issues de chaque modalité. Cette méthode de recalage est basée sur une détection automatique de marqueurs fiduciaires présents dans les deux modalités. La particularité de cette méthode est l’utilisation de l’image de surface obtenue en fDOT, qui sert à identifier la position en Z des marqueurs fiduciaires dans les images optiques. Nous avons testé cette méthode sur un modèle de souris porteuses de xénogreffes de tumeurs de cellules cancéreuses MEN2A qui imitent un carcinome thyroïdien médullaire humain, après une double injection de traceur radioactif : [18F]2-fluoro-2-Deoxy-D-glucose (FDG) pour l’imagerie TEP et un traceur optique d’infrarouge fluorescent, le Sentidye. Grâce à la précision de notre méthode, nous arrivons à démontrer que le signal Sentidye est présent à la fois dans la tumeur et les vaisseaux environnants [1]. La qualité des images fDOT est dégradée selon l’axe Z du fait d’un nombre limité de projections pour la reconstruction. Dans la deuxième partie, le travail s’est orienté vers une nouvelle méthode de reconstruction d’images fDOT à partir d’un nouveau système d’acquisition multi-angulaire avec deux miroirs placés de chaque côté de l’animal. Ce travail a été mené en collaboration avec le département CS d’University College London (UCL), partenaire du projet Européen FMT-XCT. Le logiciel TOAST développé par cette équipe a été utilisé comme source pour l’algorithme de reconstruction, et modifié pour s’adapter à notre problématique. Après plusieurs essais concernant l’ajustement des paramètres du programme, nous avons appliqué cette méthode sur un fantôme réaliste des tissus biologiques et chez la souris. Les résultats montrent une amélioration de l’image reconstruite d’un fantôme semi-cylindrique et de l’image de rein chez la souris, pour lesquelles la méthode des miroirs est supérieure à la méthode classique sans miroir. Malgré tout, nous avons observé que les résultats étaient très sensibles à certains paramètres, d’où une performance de reconstruction variable d’un cas à l’autre. Les perspectives futures concernent l’optimisation des paramètres afin de généraliser l’approche multi-angle. / This thesis concerns the image processing of fluorescence diffuse optical tomography (fDOT), following two axes: FDOT image co-registration with PET (positron emission tomography) image and improvement of fDOT image reconstructions using mirrors to collect additional projections. It is presented in two parts:In the first part, an automatic method to co-register the fDOT images with PET images has been developed to correlate all the information from each modality. This co-registration method is based on automatic detection of fiducial markers (FM) present in both modalities. The particularity of this method is the use of optical surface image obtained in fDOT imaging system, which serves to identify the Z position of FM in optical images. We tested this method on a model of mice bearing tumor xenografts of MEN2A cancer cells that mimic a human medullary thyroid carcinoma, after a double injection of radiotracer [18F] 2-fluoro-2-Deoxy-D-glucose ( FDG) for PET imaging and optical fluorescent infrared tracer Sentidye. With the accuracy of our method, we can demonstrate that the signal of Sentidye is present both in the tumor and surrounding vessels.The fDOT reconstruction image quality is degraded along the Z axis due to a limited number of projections for reconstruction. In the second part, the work is oriented towards a new method of fDOT image reconstruction with a new multi-angle data acquisition system in placing two mirrors on each side of the animal. This work was conducted in collaboration with the CS Department of University College London (UCL), a partner of the European project FMT-XCT. TOAST software developed by this team was used as source code for the reconstruction algorithm, and was modified to adapt to the concerned problem. After several tests on the adjustment of program parameters, we applied this method on a phantom that simulating the biological tissue and on mice. The results showed an improvement in the reconstructed image of a semi-cylindrical phantom and the image of mouse kidney, for which the reconstruction of the mirrors geometry is better than that of conventional geometry without mirror. Nevertheless, we observed that the results were very sensitive to certain parameters, where the performance of reconstruction varies from one case to another. Future prospectives concern the optimization of parameters in order to generalize the multi-angle approach.

<p>Although, pulmonary drug delivery is a well established means for targeting of drugs to the lungs for the treatment of respiratory diseases as well as for the systemic delivery of volatile anesthetic agents, drug absorption kinetics in the lung have not been subjected to extensive research. The main objective of this thesis was to investigate drug absorption characteristics of the lung barrier, using the isolated and perfused rat lung model and in vivo pharmacokinetic studies in rats. Physicochemically diverse drugs (i.e. atenolol, budesonide, cromolyn, cyanocobalamin, enalapril, enalaprilate, formoterol, imipramine, losartan, metoprolol, propranolol, talinolol, terbutaline, and the tetrapeptide TArPP) were used as model compounds. In connection to these investigations, a nebulization catheter device was successfully adapted and evaluated as a new technique for delivery of defined aerosol doses to the rat lung. In addition, a physicochemical profile of the inhaled drugs on the market worldwide during 2001 was made.</p><p>The pulmonary first-order absorption rate constant and bioavailability were found to correlate to the drug lipophilicity, the molecular polar surface area, and the apparent permeability of Caco-2 cell monolayers. In contrast to the intestinal mucosa and the blood-brain barrier, the pulmonary epithelium was highly permeable to drugs with a high molecular polar surface area. Accordingly, a small hydrophilic tetrapeptide (oral bioavailability ~0.5%) showed a complete bioavailability after pulmonary delivery to rats in vivo. Regional differences in bioavailability, absorption rate, and first-pass metabolism of the peptide was demonstrated after targeted delivery to different regions of the respiratory tract in rats in vivo. The high pulmonary bioavailability of the efflux transporter substrates losartan and talinolol provides functional evidence for an insignificant role of efflux transporters such as P-glycoprotein in limiting the absorption of these drugs from the rat lung. </p><p>The results of this thesis demonstrate that the lung efficiently absorbs drugs with a wide range of lipophilicity. The pulmonary route should thus be regarded as a potential alternative for administration of drugs with low oral bioavailability. In addition, drug inhalation present an opportunity to attain a more rapid onset of drug action than can be attained by the oral route.</p>

Although, pulmonary drug delivery is a well established means for targeting of drugs to the lungs for the treatment of respiratory diseases as well as for the systemic delivery of volatile anesthetic agents, drug absorption kinetics in the lung have not been subjected to extensive research. The main objective of this thesis was to investigate drug absorption characteristics of the lung barrier, using the isolated and perfused rat lung model and in vivo pharmacokinetic studies in rats. Physicochemically diverse drugs (i.e. atenolol, budesonide, cromolyn, cyanocobalamin, enalapril, enalaprilate, formoterol, imipramine, losartan, metoprolol, propranolol, talinolol, terbutaline, and the tetrapeptide TArPP) were used as model compounds. In connection to these investigations, a nebulization catheter device was successfully adapted and evaluated as a new technique for delivery of defined aerosol doses to the rat lung. In addition, a physicochemical profile of the inhaled drugs on the market worldwide during 2001 was made. The pulmonary first-order absorption rate constant and bioavailability were found to correlate to the drug lipophilicity, the molecular polar surface area, and the apparent permeability of Caco-2 cell monolayers. In contrast to the intestinal mucosa and the blood-brain barrier, the pulmonary epithelium was highly permeable to drugs with a high molecular polar surface area. Accordingly, a small hydrophilic tetrapeptide (oral bioavailability ~0.5%) showed a complete bioavailability after pulmonary delivery to rats in vivo. Regional differences in bioavailability, absorption rate, and first-pass metabolism of the peptide was demonstrated after targeted delivery to different regions of the respiratory tract in rats in vivo. The high pulmonary bioavailability of the efflux transporter substrates losartan and talinolol provides functional evidence for an insignificant role of efflux transporters such as P-glycoprotein in limiting the absorption of these drugs from the rat lung. The results of this thesis demonstrate that the lung efficiently absorbs drugs with a wide range of lipophilicity. The pulmonary route should thus be regarded as a potential alternative for administration of drugs with low oral bioavailability. In addition, drug inhalation present an opportunity to attain a more rapid onset of drug action than can be attained by the oral route.

Les tumeurs des cellules de la granulosa (GCTs) sont des tumeurs avec un potentiel malin ayant tendance à récidiver, provoquant ainsi la mort dans 80% des cas de stade avancé consécutif à une rechute. Bien que les GCTs représentent 5% des tumeurs ovariennes, peu d’études ont évalué les protocoles de traitement adjuvant pour la maladie avancée ou récurrente. Notre but était d’évaluer l’efficacité de la voie de signalisation du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire A (VEGFA) comme cible pour le traitement de la GCT utilisant le modèle murin transgénique Ptentm1Hwu/tm1Hwu; Ctnnb1tm1Mmt/+; Amhr2tm3(cre)Bhr/+ (PCA) qui reproduit le stade avancé de la maladie humaine. Un anticorps anti-VEGFA a été administré une fois par semaine par voie intrapéritonéale (IP) à partir de 3 semaines d’âge. La thérapie anti-VEGFA a permis une réduction de la taille des tumeurs à 6 semaines d’âge (p<0.05) et une prolongation de la survie des animaux traités, lorsque comparé aux animaux contrôles. L’analyse des GCTs a montré une réduction significative de la prolifération cellulaire (p<0.05) et de la densité microvasculaire (p<0.01) mais aucune différence significative n’a été détectée dans l’apoptose cellulaire. p44/p42 MAPK, un effecteur de la signalisation pour le récepteur 2 de VEGFA (VEGFR2) associé à la prolifération cellulaire, était moins activé dans les tumeurs traitées (p<0.05). Par contre, l’activation d’AKT, un effecteur impliqué dans la survie cellulaire, était similaire d’un groupe à l’autre. Ces résultats suggèrent que l’anticorps anti-VEGFA réduit la prolifération cellulaire et la densité microvasculaire chez les souris PCA par inhibition de la voie de signalisation VEGFR2-MAPK, inhibant ainsi la croissance tumorale. En conclusion, l’efficacité de la thérapie anti- VEGFA mérite d’être évaluée en essais contrôlés randomisés pour le traitement des GCTs chez l’homme. / Ovarian granulosa cell tumors (GCTs) are potentially malignant tumors that have a tendency for late recurrence and cause death in 80% of women with advanced GCT due to recurrent disease. Although GCTs represent 5% of ovarian tumors in women, few studies have evaluated adjuvant treatment protocols for advanced or recurrent disease. Our goal was to determine the potential of targeting the vascular endothelial growth factor A (VEGFA) signaling pathway for the treatment of GCT. We used a genetically engineered mouse model, Ptentm1Hwu/tm1Hwu; Ctnnb1tm1Mmt/+; Amhr2tm3(cre)Bhr/+ (PCA), which imitates the advanced human disease. A monoclonal anti-VEGFA antibody was administered by intra-peritoneal injection once a week beginning at 3 weeks of age. Anti-VEGFA therapy significantly decreased tumor weights by 6 weeks of age (p<0.05) and increased survival in treated animals in comparison to controls. Significant decreases in tumor cell proliferation (p<0.05) and microvessel density (p<0.01), but no significant difference in apoptosis was found in PCA tumors. p44/p42 MAPK, a VEGFA receptor 2 (VEGFR2) signaling effector associated with cell proliferation, was significantly less activated in anti-VEGFA-treated tumors (p<0.05). In contrast, AKT activation, a VEGFR2 signaling effector associated with cell survival was similar among all groups. These results suggest that anti-VEGFA therapy effectively reduces cell proliferation and microvessel density in PCA mice by inhibition of the VEGFR2-MAPK pathway, resulting in inhibition of GCT growth. We conclude that anti-VEGFA therapy merits further investigation in the form of controlled randomized trials for the treatment of human GCT.

La Radiothérapie Interne Vectorisée (RIV) consiste à détruire des cibles tumorales en utilisant des vecteurs radiomarqués (radiopharmaceutiques) qui se lient sélectivement à des cellules tumorales. Dans un contexte d'optimisation de la RIV, une meilleure détermination du dépôt d'énergie dans les tissues biologiques est primordiale pour la définition d'une relation dose absorbée - effet biologique et pour l'optimisation des traitement du cancer. Cela nécessite une évaluation quantitative de la distribution de l'activité (avec la technique d'imagerie moléculaire la plus appropriée) et d'effectuer le transport du rayonnement à l'échelle à laquelle se produisent les phénomènes biologiques pertinents. Les méthodologies à appliquer et les problématiques à établir dépendent strictement de l'échelle (cellule, tissu, organe) de l'application considérée, et du type de rayonnement en cause (photons, électrons, particules alpha). Mon travail de recherche a consisté à développer des techniques dosimétriques dédiées (dosimétrie mono-échelle) et innovantes, capables de prendre en compte la particularité de différents scénarios expérimentaux (cellulaire, pré-clinique, RIV clinique). / Targeted Radionuclide Therapy (TRT) consists in killing tumour targets by using radiolabeled vectors (radiopharmaceuticals) that selectively bind to tumour cells. In a context of TRT optimization, a better determination of energy deposition within biologic material is a prerequisite to the definition of the absorbed dose-effect relationship and the improvement of future cancer treatment. This requires being able to quantitatively assess activity distribution (with the most appropriate molecular imaging technique) and perform radiation transport at the scale at which biologically relevant phenomena occur. The methodologies that should be applied and the problematic to be faced strictly depend on the scale (cell, tissue, body) of the application considered, and on the type of radiation involved (photons, electrons, alpha). This research work consisted in developing dedicated dosimetric techniques (single-scale dosimetry) capable of taking into account the peculiarity of different experimental scenarios (cellular, pre-clinical, clinical TRT).

Le canal Kv11.1, dont l’inhibition occasionne une prolongation de l’intervalle QT, est directement impliqué dans des cas d’effets secondaires cardiotoxiques. Depuis 2006, Santé Canada exige que les nouvelles molécules et leurs métabolites soient évalués en phase préclinique pour le risque d’allongement de l’intervalle QT. La méthode de référence évalue l’électrophysiologie des cardiomyocytes en culture lors d’une courte exposition au médicament (<30min). Bien que cette méthode soit la plus fiable actuellement, elle permet seulement d’identifier les molécules qui bloquent directement le passage des ions dans le pore du canal (effet aigu). La méthode HERG-BRET vise à identifier les molécules susceptibles d’interagir avec le canal Kv11.1 par le moyen d’une altération du trafic vésiculaire (effet chronique). Ce type d’interaction est considéré comme un biomarqueur de la capacité à bloquer l’activité de ce canal. L’étude présentée tente de déterminer si un test de localisation cellulaire de hERG basé sur le BRET permettra un criblage à haut débit et une meilleure évaluation de l’affinité d’interaction avec hERG, comparativement aux méthodes alternatives actuelles. Dans le modèle HERG-BRET, la protéine hERG fusionnée à la luciférase de renilla (donneur d’énergie) est exprimée dans une lignée cellulaire HEK293. Cette même lignée exprime également une protéine verte fluorescente modifiée (accepteur d’énergie) qui est ancrée à la membrane plasmique. L’échange d’énergie entre le donneur et l’accepteur est un indice de la localisation de hERG à la membrane plasmique. Les fluctuations de ratio BRET suite à une exposition de 16h à un composé pharmaceutique reflètent donc l’effet du composé sur la translocation de Kv11.1. Vingt-cinq composés pharmaceutiques déjà caractérisés dans la littérature scientifique ont été testés : 12 ont été classés comme chaperons pharmacologiques, 4 comme inhibiteurs du trafic, 1 comme inhibiteur ayant les deux effets mentionnés et 8 n’ont pas pu être classés. Le comportement du biosenseur à l’égard des composés testés suggère que la méthode HERG-BRET ne peut pas être utilisée seule pour évaluer le risque cardiotoxique des médicaments. Toutefois, elle peut fournir des informations complémentaires pertinentes quand à la nature de l’interaction entre un composé pharmaceutique et la sous unité hERG du canal Kv11.1. / The Kv11.1 channel is directly involved in cardiotoxic adverse effects since its inhibition is responsible for a prolongation of the QT interval. In 2006, Health Canada established a guideline that constrains drug developers to a preclinical evaluation of QT prolongation risks for new molecules and their metabolites. The gold standard method (patch-clamp) consists in electrophysiology measurements on cultured cardiomyocytes for a brief exposition to the tested compound (<30min). Even though this method is the most reliable, it only allows the identification of molecules that inhibit the channel by preventing ions from traveling through the pore (acute effect). The HERG-BRET method aims to identify molecules that can interact with Kv11.1 and alter its vesicular transport as a proxy for inhibiting the activity of the channel (chronic effects). This study attemps to determine if a BRET-based cellular localization assay will allow a high throughput screening and a better evaluation of the affinity of pharmaceuticals compounds with hERG, in comparison to alternative methods. In the HERG-BRET model, a fusion protein generated with the gene sequence for hERG and the one for the renilla luciferase (energy donor) is stably expressed in a HEK 293 cell line. The same cell line also stably expresses a green fluorescent protein (energy acceptor) that is anchored at the plasma membrane. The energy transfer that occurs between the donor and the acceptor suggests that hERG is located at the membrane. Variations of BRET ratios following a 16 hours inucabtion with a compound reflects the compound’s effects on Kv11.1’s translocation. Twenty-five compounds that have been previously characterized in the literature were tested: 12 were categorized as pharmacological chaperones, 4 as traffic inhibitors, 1 as an inhibitor that undergoes both effects and 8 remain uncategorized. The biosensor’s behavior towards the tested compounds suggests that the HERG-BRET method cannot be used alone to assess cardiotoxic liability, but it can bring interesting facts to our attention regarding the nature of the interaction between the hERG subunits of Kv11.1 and a tested compound.

Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) techniques offer the opportunity to understand the physiological processes involved in the distribution of the contrast agent in vivo. This work utilises a liver specific contrast agent (gadoxetate) and demonstrates the potential use of these techniques to study transporter-mediated process in vivo. In vitro experiments investigated gadoxetate’s interaction with uptake and efflux transporters at the cellular level, ideally a prerequisite to understand the contribution of transporter proteins in in vivo pharmacokinetics. MRI was used to measure the accumulation of gadoxetate in fresh rat hepatocytes. Furthermore, LC-MS/MS methodology was optimised in conjunction with two in vitro systems to determine the role of transporters in gadoxetate uptake and efflux. HEK-OATP1B1 transfected cells were used to optimise the LC-MS/MS technique and Caco-2 cell monolayers were used to examine whether gadoxetate is a substrate of the efflux transporters, Pgp and BCRP. Subsequent studies demonstrated the use of DCE-MRI techniques to study transporter-mediated processes. Two pharmacokinetic models were proposed to quantify the uptake and efflux of gadoxetate in vivo. The suitability of the models in describing the liver concentration profiles of gadoxetate was assessed in pre-clinical and clinical reproducibility studies. Further pre-clinical experiments demonstrated the ability of the proposed DCE-MRI techniques to monitor changes in the uptake and efflux rate estimates of gadoxetate into hepatocytes, through co-administration of the transporter inhibitor, rifampicin, at two doses. The work presented demonstrates the potential use of DCE-MRI techniques as a diagnostic probe to assess transporter-mediated processes and drug-drug interactions (DDIs) in vivo.

Der ischämische Schlaganfall, der durch eine akut auftretende Durchblutungsstörung des Gehirns zu einem plötzlichen Verschluss eines zerebrovaskulären Gefäßes und somit zu einer massiven und oft lebensgefährlichen Minderung der zerebralen Blutversorgung führt, zählt zu den dritthäufigsten Todesursachen beim Menschen in den Industrieländern der Erde. Da die verfügbaren Therapieverfahren bisher erheblichen Limitationen unterliegen und nicht für alle Patienten gleichermaßen geeignet sind, ist eine kontinuierliche Forschung an neuen Therapieverfahren sowie die Weiterentwicklung der bisher verfügbaren Behandlungsmethoden unabdingbar. Der Erfolg dieser Arbeiten ist von der Übertragbarkeit von Ergebnissen aus präklinischen Testverfahren in die Klinik abhängig. In der Vergangenheit konnten sich beispielsweise zahlreiche Medikamente, insbesondere die sogenannten Neuroprotektiva, trotz hervorragender präklinischer Ergebnisse nicht in der Klinik behaupten. Zahlreiche Untersuchungen, die die methodische Qualität tierexperimenteller Kleintierstudien evaluierten, deckten dabei signifikante Mängel und potentielle Gründe für den Misserfolg der Translation auf. Mit der zunehmenden Bedeutung von Großtierversuchen in im Forschungsfeld steigt die Notwendigkeit, auch diese Studien hinsichtlich ihrer methodischen Qualität zu überprüfen. Dies bildet den Schwerpunkt dieser Dissertation. Die vorliegende Dissertation überprüft anhand eines an speziellen schlaganfallspezifischen Leitlinien und Vorgaben angelehnten Qualitätsscores die methodische Qualität sowie Validität von Großtierversuchen in der translationalen Schlaganfallforschung. Anhand einer systematischen Literaturrecherche nach den Vorgaben der PRISMA-Leitlinien wurden von 1990-2019 publizierte präklinische Großtierstudien (n=208) identifiziert und analysiert. Der Qualitätsscore umfasste essentielle methodische Qualitätsmerkmale. Korrelationen der Studienqualität mit externen Faktoren wie der Tierart, dem Untersuchungsgegenstand, der Region, dem Einflussfaktor der publizierenden Zeitschrift sowie dem Erscheinen schlaganfallspezifischer Leitlinien (STAIR) wurden ebenfalls evaluiert. Gruppenvergleiche von jeweils 2 Gruppen wurden mit dem Wilcoxon-Rangsummentest für nicht-parametrische Daten überprüft, für Gruppenvergleiche von mehr als 2 Gruppen wurde der Kruskal-Wallis Test verwendet. Im Falle einer statistischen Signifikanz wurde diese mittels Dunn-Bonferroni post-hoc-Korrektur verifiziert. Die Korrelation zwischen der Studienqualität und dem Einflussfaktor wurde mit dem Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman untersucht. Der Vergleich der tierarztspezifischen Gruppengrößen wurde mittels ANOVA untersucht, gefolgt von einer Dunn-Bonferroni post-hoc-Korrektur. Die Untersuchungen kamen zu dem Schluss, dass die methodische Qualität der bisherigen Großtierversuche als noch nicht optimal einzustufen ist. Studien wiesen insbesondere in methodischen Kriterien wie der Randomisierung, verdeckten Versuchsgruppenzuteilung, verblindeten Auswertung, primärer Endpunkte, der Effektstärkenberechnung, vorab erfolgten Stichprobenkalkulationen, Festlegung der Ein- und Ausschlusskriterien vor Versuchsbeginn, der Verifizierung der Infarktinduktion, der Dokumentation individueller Datenpunkte sowie einer Dokumentation möglicher Fehlerquellen sowie methodischer Limitierungen Mängel auf. Aufbauend auf den Analyseergebnissen wurden Empfehlungen für die translationale Schlaganfallforschung mit Großtieren erarbeitet. Diese sollen insbesondere zur Verbesserung der Studienplanung sowie des Studiendesigns, zu einer Erhöhung der Studientransparenz sowie zu einer kontinuierlichen, positiven Entwicklung der Studienqualität und zu einer erfolgreichen Translation von der Präklinik in die Klinik beitragen.:Inhaltsverzeichnis Widmung Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung……………………………………………………………………………….. 1 2 Literaturübersicht………………………………………………………………………. 2 2.1 Der Schlaganfall des Menschen………………………………………………… 2 2.1.1 Die akute Schlaganfalltherapie…………………………………………….. 2 2.1.2 Die Rolle von Großtiermodellen in der präklinischen Schlaganfallforschung……………………………………………………………………… 4 2.2 Translation und Studienvalidität in der präklinischen Schlaganfallforschung 6 2.2.1 Leitlinien zur Sicherung des wissenschaftlichen Qualitätsstandards in der präklinischen Schlaganfallforschung………………………………………………..... 9 2.2.2 Die Bedeutung von systematischen Reviews und Meta-Analysen in der Sicherung wissenschaftlicher Qualitätsstandards……………………………………... 12 2.3.1 Ergebnisse aus systematischen Reviews und Meta-Analysen in der tierexperimentellen Schlaganfallforschung……………………………………………... 13 3 Material und Methoden……………………………...………………………………. 17 3.1 Auswahl der Studien……………………………………………………………. 17 3.1.1 Suchstrategie………………………………………………………………. 17 3.1.2 Ein- und Ausschlusskriterien..………….………………………………… 17 3.1.3 Ablauf der Studienselektion ………………………………………..…….. 18 3.2 Datenextraktion.………………………………………………………………… 19 3.2.1 Basisinformationen, Einschlussfaktor und tierartspezifische Gruppengrößen ……………………………………………………………………………. 19 3.3 Studienanalyse.…………………………………………………………………. 20 3.3.1 Analyse der Qualitätskriterien ……………………………………………. 20 3.3.2 Analyse der Studienqualität unter der Berücksichtigung nicht-experimenteller Einflussgrößen ………………………………………………………….. 20 3.4 Statistische Auswertung.……………………………………………………….. 22 4 Ergebnisse ……………………………………………………………………………. 24 4.1 Studienoutput, Basisinformationen.…………………………………………… 24 4.1.1 Gruppengrößen ……………………………………………………………. 26 4.2 Studienqualität.………………………………………………………………….. 28 4.2.1 Tierbezogene Angaben (Kategorie 1) …………………………………... 28 4.2.2 Studienplanung (Kategorie 2) ……………………………………………. 29 4.2.3 Studiendurchführung (Kategorie 3) ……………………………………… 29 4.2.4 Dokumentation der Studienresultate und -auswertung (Kategorie 4).. 30 4.3 Analysen der Studienqualität unter der Berücksichtigung nicht-experimenteller Einflussgrößen ………………………………………………………….. 31 4.3.1 Unterschiede der Studienqualität (regional, tierartspezifisch, interventionsabhängig) ……………………………………………………………………. 31 4.3.1 Entwicklung der Studienqualität nach Einführung der STAIR-Leitlinien 33 4.3.2 Beeinflussung der Studienqualität durch den Einflussfaktor..…………. 34 5 Diskussion …………………………………………………………………………….. 36 5.1 Einschätzung der Studienqualität und -validität von Großtierversuchen in der Schlaganfallforschung …………………………………………………………………….. 36 5.2 Empfehlungen für eine langfristige Verbesserung der Studienqualität und -validität ..……………………………………………………………………………………. 43 5.2.1 Empfehlungen für eine Verbesserung der Studienplanung und des Studiendesigns.……………………………………………………………………………. 44 5.2.2 Empfehlungen zur Erhöhung der Studientransparenz..……………….. 47 5.3 Ausblick ………………………………………………………………………….. 49 6 Zusammenfassung.………………………………………………………………….. 51 7 Summary ……………………………………………………………………………… 53 8 Literaturverzeichnis ………………………………………………………………….. 55 9 Anhang …………….………………………………………………………………….. 62 / Ischemic stroke, which is based on a sudden occlusion of a cerebral artery is characterized by a massive and often life-threatening reduction of cerebral blood supply. Being frequent, ischemic stroke accounts for one in three deaths in the industrialized nations. The complex pathophysiology an acute stroke and the lack of broadly applicable treatment options requires continuous research for novel and refinement of available treatment methods. The success of this work decisively depends on result transferability from preclinical test procedures to clinically available treatments. In the past, numerous drugs, predominantly neuroprotectants, did not show clinical efficacy despite excellent results in preclinical studies. Post-hoc analyses revealed methodological quality issues in most small animal studies that are believed to be responsible for the translational failure. Since large animal experiments become increasingly important in translational stroke research, the need to review these studies regarding their methodological quality became apparent. This dissertation addresses this point. The methodological quality and validity of large animal experiments in translational stroke research was evaluated by using a quality score. This score was based on stroke-specific guidelines and recommendations for high-quality research. Based on a systematic literature search according to the PRISMA guidelines, preclinical large animal studies published from 1990-2019 (n=208) were identified and analyzed. The quality score comprised essential methodological features. Correlations of study quality with external factors such as species, type of intervention, region, journal`s impact factor as well as the implementation of stroke specific guidelines in the past (STAIR) were also evaluated. Group comparisons of 2 groups each were checked with the Wilcoxon rank sum test for non-parametric data while Kruskal-Wallis was used for group comparisons of more than 2 groups. Statistical significance was verified using Dunn-Bonferroni post-hoc correction. The correlation between study quality and impact factor was examined using Spearman correlation coefficient. Comparison of individual group sizes was investigated using ANOVA, followed by a Dunn-Bonferroni post-hoc correction. The methodological quality of the previous large animal experiments was found mediocre with, among others, shortcomings identified in methodological criteria such as blinding and randomization, definition of primary endpoints, effect size estimation and a priori sample size calculation, determination and application of preset inclusion and exclusion criteria, verification of infarct induction, documentation of individual data points, as well as the documentation of possible sources of error and methodological limitations. In summary, resulting recommendations made below are based on these shortages and are intended to improve study planning and design, and to increase study transparency. Furthermore these recommendations are intended to impact positively and continuously study quality and validity as well as translational success.:Inhaltsverzeichnis Widmung Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung……………………………………………………………………………….. 1 2 Literaturübersicht………………………………………………………………………. 2 2.1 Der Schlaganfall des Menschen………………………………………………… 2 2.1.1 Die akute Schlaganfalltherapie…………………………………………….. 2 2.1.2 Die Rolle von Großtiermodellen in der präklinischen Schlaganfallforschung……………………………………………………………………… 4 2.2 Translation und Studienvalidität in der präklinischen Schlaganfallforschung 6 2.2.1 Leitlinien zur Sicherung des wissenschaftlichen Qualitätsstandards in der präklinischen Schlaganfallforschung………………………………………………..... 9 2.2.2 Die Bedeutung von systematischen Reviews und Meta-Analysen in der Sicherung wissenschaftlicher Qualitätsstandards……………………………………... 12 2.3.1 Ergebnisse aus systematischen Reviews und Meta-Analysen in der tierexperimentellen Schlaganfallforschung……………………………………………... 13 3 Material und Methoden……………………………...………………………………. 17 3.1 Auswahl der Studien……………………………………………………………. 17 3.1.1 Suchstrategie………………………………………………………………. 17 3.1.2 Ein- und Ausschlusskriterien..………….………………………………… 17 3.1.3 Ablauf der Studienselektion ………………………………………..…….. 18 3.2 Datenextraktion.………………………………………………………………… 19 3.2.1 Basisinformationen, Einschlussfaktor und tierartspezifische Gruppengrößen ……………………………………………………………………………. 19 3.3 Studienanalyse.…………………………………………………………………. 20 3.3.1 Analyse der Qualitätskriterien ……………………………………………. 20 3.3.2 Analyse der Studienqualität unter der Berücksichtigung nicht-experimenteller Einflussgrößen ………………………………………………………….. 20 3.4 Statistische Auswertung.……………………………………………………….. 22 4 Ergebnisse ……………………………………………………………………………. 24 4.1 Studienoutput, Basisinformationen.…………………………………………… 24 4.1.1 Gruppengrößen ……………………………………………………………. 26 4.2 Studienqualität.………………………………………………………………….. 28 4.2.1 Tierbezogene Angaben (Kategorie 1) …………………………………... 28 4.2.2 Studienplanung (Kategorie 2) ……………………………………………. 29 4.2.3 Studiendurchführung (Kategorie 3) ……………………………………… 29 4.2.4 Dokumentation der Studienresultate und -auswertung (Kategorie 4).. 30 4.3 Analysen der Studienqualität unter der Berücksichtigung nicht-experimenteller Einflussgrößen ………………………………………………………….. 31 4.3.1 Unterschiede der Studienqualität (regional, tierartspezifisch, interventionsabhängig) ……………………………………………………………………. 31 4.3.1 Entwicklung der Studienqualität nach Einführung der STAIR-Leitlinien 33 4.3.2 Beeinflussung der Studienqualität durch den Einflussfaktor..…………. 34 5 Diskussion …………………………………………………………………………….. 36 5.1 Einschätzung der Studienqualität und -validität von Großtierversuchen in der Schlaganfallforschung …………………………………………………………………….. 36 5.2 Empfehlungen für eine langfristige Verbesserung der Studienqualität und -validität ..……………………………………………………………………………………. 43 5.2.1 Empfehlungen für eine Verbesserung der Studienplanung und des Studiendesigns.……………………………………………………………………………. 44 5.2.2 Empfehlungen zur Erhöhung der Studientransparenz..……………….. 47 5.3 Ausblick ………………………………………………………………………….. 49 6 Zusammenfassung.………………………………………………………………….. 51 7 Summary ……………………………………………………………………………… 53 8 Literaturverzeichnis ………………………………………………………………….. 55 9 Anhang …………….………………………………………………………………….. 62

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