Einleitung: Ischämische Schlaganfälle ziehen ausgeprägte Entzündungsprozesse im Gehirn sowie Immunreaktionen in der Körperperipherie nach sich, welche den Erkrankungsverlauf und die Regeneration maßgeblich beeinflussen. Die Modulation dieser Immunantwort stellt folglich einen vielversprechenden experimentellen Ansatz in der Schlaganfalltherapie dar. Der ischämische Schlaganfall ist außerdem mit verschiedenen Komorbiditäten und Risikofaktoren assoziiert, deren Auswirkungen auf die komplexen postischämischen pathophysiologischen Prozesse nur in Teilen aufgeklärt sind. So hat eine arterielle Hypertonie (Bluthochdruck) als wichtigster modifizierbarer Risikofaktor durch die Induktion von Gefäßschäden eine zentrale Bedeutung für die Pathogenese von ischämischen Schlaganfällen und geht außerdem mit einer Aktivierung des Immunsystems einher. Der konkrete Einfluss der Hypertonie auf die postischämische Entzündungsreaktion wurde bislang nicht hinreichend untersucht. Die Einbeziehung wichtiger Begleiterkrankungen, wie Bluthochdruck, in die präklinische Schlaganfallforschung gewinnt zunehmend an Bedeutung, da ein erweitertes Verständnis der pathophysiologischen Zusammenhänge auch eine bessere Übertragbarkeit neuer immunmodulatorischer Therapiekonzepte auf den Menschen in Aussicht stellt. Zielstellung: Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Identifizierung pathofunktioneller Zusammenhänge zwischen der Immunantwort nach Schlaganfall und manifestem Bluthochdruck. Dafür wurde die zentrale und periphere Entzündungsreaktion nach experimentellem Schlaganfall in einem prämorbiden hypertensiven Tiermodell (spontan-hypertensive Ratte, SHR) im Vergleich mit normotensiven Tieren mithilfe von vorwiegend durchflusszytometrischen, histologischen und molekularbiologischen Methoden analysiert. Daneben sollte das verwendete hypertensive Tiermodell für die Untersuchung immunologischer Aspekte der translationalen Schlaganfallforschung evaluiert werden. Tiere, Material und Methoden: Für alle Tierversuche und Organentnahmen wurden ausschließlich männliche Ratten der Stämme Wistar-Kyoto und SHR im Alter von 12 bis 14 Wochen verwendet. Die Induktion des ischämischen Infarkts erfolgte mithilfe eines permanenten, transkraniellen Schlaganfallmodells oder mittels photochemischer Thrombose. In Abhängigkeit von der Untersuchungsgruppe wurden die Tiere 1 oder 4 Tage nach Infarktinduktion bzw. Sham-Operation schmerzfrei getötet. Neben wenigen neuroanatomischen und neurofunktionellen Ausleseparametern wurde als Hauptzielgröße die Immunzellverteilung im Gehirn und im Blut erfasst. Dafür wurden Hirnzellisolate und Vollblutproben mit maximal 8 fluoreszenzgekoppelten Antikörpern in verschiedenen Kombinationen markiert und in einem 3-Laser-Durchflusszytometer (FACSCanto II) gemessen und ausgewertet. Zudem wurden in kryokonservierten Hirnschnitten relevante Immunzellpopulationen und Adhäsionsmoleküle mittels Immunfluorezenztechniken markiert und für die Darstellung der räumlichen Verteilung mit einem Konfokal-Mikroskop (LSM710, Zeiss) analysiert. Zusätzlich wurde die Gen-und Proteinexpression selektiver Zytokine und Adhäsionsmoleküle in dissoziiertem Hirngewebe ermittelt. Die statistische Auswertung wurde je nach erfasster Zielgröße mittels zweiseitigem t-Test, Wilcoxon Rangsummentest, Pearson-Korrelation oder Varianzanalyse-Verfahren durchgeführt. Ein Signifikanzniveau von p<0,05 wurde für alle statistischen Verfahren festgelegt. Ergebnisse: Neben einer vergrößerten Läsion konnte in hypertensiven Tieren insbesondere eine gesteigerte Infiltration von Zellen des angeborenen Immunsystems in das ischämische Hirn gezeigt werden. Eine Verschiebung des Makrophagen-Granulozyten-Verhältnisses wies darüber hinaus auf eine veränderte Entzündungskinetik bei Vorliegen von Bluthochdruck hin. Weiterhin wurde in Tieren mit arterieller Hypertonie eine erhöhte Zahl von zirkulierenden Monozyten und Granulozyten beobachtet. Im Hirngewebe von spontan-hypertensiven Ratten nach Schlaganfall wurden außerdem eine verminderte Expression des antiinflammatorisch wirksamen Zytokins Interleukin 10, erhöhte Expressionsraten selektiver Leukozyten-rekrutierender Chemokine sowie eine vermehrte Expression des Adhäsionsmoleküls ICAM-1 auf infiltrierenden Leukozyten erfasst. Daneben konnten modellabhängige Einflüsse der verschiedenen Induktionsmethoden auf die Immunreaktion identifiziert werden. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse weisen deutlich auf einen Zusammenhang zwischen einem bestehenden arteriellen Hypertonus und einer gesteigerten entzündlichen Reaktion im Gehirn nach experimentellem Schlaganfall hin und zeigen mögliche zugrundeliegende Mechanismen auf. Gleichzeitig unterstreicht die Arbeit durch eine differenzierte Analyse methodischer und modellabhängiger Einflüsse die Unerlässlichkeit, präklinische Ergebnisse kritisch zu hinterfragen und in unterschiedlichen Modellen zu überprüfen. Auf Grundlage der Untersuchungen kann die spontan-hypertensive Ratte zudem als ein für die translationale Schlaganfallforschung geeignetes prämorbides Tiermodell beurteilt werden, in welchem sich der Einfluss des Risikofaktors Bluthochdruck auf die Entwicklung und den Verlauf der postischämischen Entzündung gut abbilden lässt.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Humaner Schlaganfall - Grundlagen 2.1.1 Epidemiologie und sozioökonomische Bedeutung 2.1.2 Allgemeine Definition und Ätiologie 2.2 Postischämische Entzündung und systemische Immunantwort 2.2.1 Allgemein 2.2.2 Initialer Pathomechanismus der sterilen Entzündung im Gehirn 2.2.3 Immunzellen in der postischämischen Entzündung 2.2.4 Periphere Immunmodulation und postischämische Immunsuppression 2.2.5 Auflösung der Entzündungsreaktion 2.3 Schlaganfall und Hypertonie 2.4 Translation - Schlaganfall im Tiermodell 2.4.1 Tiermodelle 2.4.2 Methoden zur Induktion des experimentellen Schlaganfalls 2.4.3 Translationsproblematik 2.4.4 Die spontan-hypertensive Ratte als prämorbides Tiermodell 2.5 Therapieverfahren und therapeutische Ansätze 3 Zielstellung und Aufbau der Arbeit 4 Publikation 1 5 Publikation 2 6 Zusammenfassende Diskussion 6.1 Infarktvolumina und funktionelle Daten 6.2 Immunzytologie im Hirngewebe 6.3 Immunzytologie im peripheren Blut 6.4 Leukozytenrekrutierung ins ischämische Gewebe 6.5 Fazit, Limitationen und Ausblick 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Literaturverzeichnis Danksagung / Introduction: Ischemic strokes lead to a sequence of immune responses, including pronounced tissue inflammation in the brain as well as distinct reactions of the peripheral immune system that consistently influence disease process and outcome. The modulation of these immune responses therefore represents a promising experimental approach in stroke therapy. Ischemic stroke is also associated with various comorbidities and risk factors whose effects on the complex postischemic pathology have only been partially elucidated. Being the most important modifiable risk factor this especially applies to arterial hypertension that has a central role in the pathogenesis of ischemic stroke by inducing vascular damage but is also associated with a strong activation of the immune system. However, the specific influence of hypertension on postischemic inflammation has not been sufficiently investigated. Besides, the integration of hypertension and other important concomitant diseases is becoming a more regular tool in preclinical stroke modelling in order to expand the understanding of pathophysiological interactions and overcome the translational gap of new immunomodulatory therapies. Aim: The main objective of this work is the identification of pathofunctional interations between the immune response after stroke and preexisting arterial hypertension. For this purpose, the central and peripheral inflammatory response after experimental stroke was investigated in a premorbid hypertensive animal model (spontaneously hypertensive rat, SHR) in comparison with normotensive animals by means of flow cytometric, histological and molecular biological methods. In addition, the hypertensive animal model was supposed to be assessed regarding its suitability for the investigation of immunological aspects in translational stroke research. Material and Methods: For all animal experiments and organ removal, only male rats of the Wistar Kyoto and SHR strains aged 12 to 14 weeks were used. Induction of experimental stroke was performed using either a permanent transcranial stroke model or photochemical thrombosis model. Depending on the study group, animals were killed painlessly 1 or 4 days after infarct induction or sham surgery respectively. In addition to few neuroanatomic and neurofunctional readout parameters, immune cell distribution in the brain and blood was captured as primary variable. Therefore, brain cell isolates and whole blood samples labeled with a maximum of 8 fluorescence-coupled antibodies in different combinations were measured and analyzed in a 3-laser flow cytometer (FACSCanto II). Furthermore, immunofluorescence techniques were applied on cryopreserved brain sections in order to image spatial distribution of relevant immune cell populations and adhesion molecules by means of confocal microscopy (LSM710, Zeiss). In addition, the mRNA and protein expression of selective cytokines and adhesion molecules was determined in dissociated brain tissue. Depending on the targeted parameter statistical analyses were performed by using two-sample t-test, Wilcoxon rank-sum test, Pearson correlation coefficient or analysis of variance. A significance level of p<0.05 was set for all statistical methods. Results: In addition to an enlarged lesion, in hypertensive animals an increased infiltration of cells of the innate immune system to the ischemic brain area was detected. A shift of the macrophage-granulocyte-ratio further indicated an altered inflammatory profile in hypertensive rats. Furthermore, an increased number of circulating monocytes and granulocytes were observed in animals with hypertension. In brain tissue of SHR after stroke, a decreased expression of the anti-inflammatory cytokine interleukin 10 were recorded along with increased expression levels of selective leukocyte-recruiting chemokines and an increased expression of the adhesion molecule ICAM-1 on infiltrating leukocytes. In addition, caused by different induction methods, model-dependent impact on the immune reaction could be identified. Conclusion: The results clearly indicate a relationship between existing arterial hypertension and an increased inflammatory response in the brain after experimental stroke and point out potential underlying mechanisms. At the same time, by adopting a differentiated view of methodological and model-dependent influences, the work underscores the need for critical reflection and constant verification of preclinical results in different models. Finally the work validates the SHR strain as a suitable premorbid preclinical system for further translational research since it well models the influence of hypertension on the development and course of postischemic inflammation.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Humaner Schlaganfall - Grundlagen 2.1.1 Epidemiologie und sozioökonomische Bedeutung 2.1.2 Allgemeine Definition und Ätiologie 2.2 Postischämische Entzündung und systemische Immunantwort 2.2.1 Allgemein 2.2.2 Initialer Pathomechanismus der sterilen Entzündung im Gehirn 2.2.3 Immunzellen in der postischämischen Entzündung 2.2.4 Periphere Immunmodulation und postischämische Immunsuppression 2.2.5 Auflösung der Entzündungsreaktion 2.3 Schlaganfall und Hypertonie 2.4 Translation - Schlaganfall im Tiermodell 2.4.1 Tiermodelle 2.4.2 Methoden zur Induktion des experimentellen Schlaganfalls 2.4.3 Translationsproblematik 2.4.4 Die spontan-hypertensive Ratte als prämorbides Tiermodell 2.5 Therapieverfahren und therapeutische Ansätze 3 Zielstellung und Aufbau der Arbeit 4 Publikation 1 5 Publikation 2 6 Zusammenfassende Diskussion 6.1 Infarktvolumina und funktionelle Daten 6.2 Immunzytologie im Hirngewebe 6.3 Immunzytologie im peripheren Blut 6.4 Leukozytenrekrutierung ins ischämische Gewebe 6.5 Fazit, Limitationen und Ausblick 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Literaturverzeichnis Danksagung

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

Der ischämische Schlaganfall ist global eine der bedeutendsten Volkskrankheiten. Die derzeit verfügbaren kurativen Therapieoptionen werden vorrangig durch ein enges therapeutisches Zeitfenster limitiert. Ziel der aktuellen Schlaganfallforschung ist die Entwicklung von über dieses Zeitfenster hinaus wirksamen Therapien. Ein vielversprechender neuer Ansatz ist die experimentelle Behandlung mit humanen Nabelschnurblutzellen. Diese Arbeit erforscht das therapeutische Zeitfenster für die systemische Therapie des ischämischen Schlaganfalls mittels mononukleärer Nabelschnurblutzellen (hUCB MNC) in spontanhypertensiven Ratten nach permanentem Verschluss der Arteria cerebri media (pMCAO). Hierzu wurden die Therapiezeitpunkte 4, 24, 72, 120 Stunden und 14 Tage nach experimentellem Schlaganfall in einem komplexen Studiendesign inklusive neurofunktioneller Tests, magnetresonanztomographischer und immunhistochemischer Verfahren untersucht. In vitro wurde der Einfluss kokultivierter hUCB MNC auf Nekrose und Apoptose in neuralem Gewebe unter Sauerstoff-Glukose-Deprivation betrachtet. Die Studie ergab eine verbesserte funktionelle Rekonvaleszenz und eine geringere Ausprägung von Atrophie und Astroglianarbe bei Therapie innerhalb eines 72- Stunden-Zeitfensters. In vitro wurde eine signifikante Reduktion von Nekrose und Apoptose durch kokultivierte hUCB MNC beobachtet. Eine histologische Relokalisierung der intravenös applizierten Zellen war in keiner Therapiegruppe möglich. Die Integration der hUCB MNC ins Hirnparenchym stellt somit keine conditio sine qua non für die funktionelle Erholung nach Schlaganfall dar. Trotz des beobachteten erweiterten Zeitfensters ist die Translation dieses Therapieansatzes in die klinische Realität kritisch zu diskutieren, da weiterführende Studien unserer Arbeitsgruppe eine limitierte Wirksamkeit unter sehr praxisnahen Bedingungen (z.B. Einsatz kryokonservierter hUCB MNC) gezeigt haben. / Experimental treatment strategies using human umbilical cord blood mononuclear cells (hUCB MNCs) represent a promising option for alternative stroke therapies. An important point for clinical translation of such treatment approaches is knowledge on the therapeutic time window. Although expected to be wider than for thrombolysis, the exact time window for hUCB MNC therapy is not known. Our study aimed to determine the time window of intravenous hUCB MNC administration after middle cerebral artery occlusion (MCAO). Male spontaneously hypertensive rats underwent MCAO and were randomly assigned to hUCB MNC administration at 4h, 24h, 72h, 120h or 14d. Influence of cell treatment was observed by magnetic resonance imaging on days 1, 8 and 29 following MCAO and by assessment of functional neurological recovery. On day 30, brains were screened for glial scar development and presence of hUCB MNCs. Further, influence of hUCB MNCs on necrosis and apoptosis in post-ischemic neural tissue was investigated in hippocampal slices cultures. Transplantation within a 72h time window resulted in an early improvement of functional recovery, paralleled by a reduction of brain atrophy and diminished glial scarring. Cell transplantation 120h post MCAO only induced minor functional recovery without changes in the brain atrophy rate and glial reactivity. Later transplantation (14d) did not show any benefit. No evidence for intracerebrally localized hUCB MNCs was found in any treatment group. In vitro hUCB MNCs were able to significantly reduce post-ischemic neural necrosis and apoptosis. Our results for the first time indicate a time window of therapeutic hUCB MNC application of at least 72 hours. The time window is limited, but wider than compared to conventional pharmacological approaches. The data furthermore confirms that differentiation and integration of administered cells is not a prerequisite for poststroke functional improvement and lesion size reduction.

Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

We prospectively evaluated 30 consecutive patients with echo-enhanced transcranial color-coded duplexsonography (TCCD) and correlative transfemoral digital subtraction angiography to assess the diagnostic efficacy of echo-enhanced TCCD for evaluation of collateral pathways through the circle of Willis in patients with limited acoustic bone windows and critical symptomatic carotid disease. Echo-enhanced TCCD detected collateral blood flow through the anterior communicating artery in 16 of 18 patients (sensitivity 89%, 95% CI 65–99%) and was false positive in one out of 12 patients without collateral flow (specificity 92%, 95% CI 59–100%). For the posterior communicating artery, sensitivity was 11/14 (79%, 95% CI 49–95%) and specificity was 15/16 (94%, 95% CI 70–100%). Echo-enhanced TCCD enables to study collateral blood flow through the communicating arteries of the circle of Willis with high sensitivity and specificity in patients with obstructions of the internal carotid artery and limited acoustic bone windows. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Background:There is controversial evidence with regard to the significance of peripheral arterial disease (PAD) as an indicator for future stroke risk. We aimed to quantify the risk increase for mortality and morbidity associated with PAD. Methods:In an open, prospective, noninterventional cohort study in the primary care setting, a total of 6,880 unselected patients ≧65 years were categorized according to the presence or absence of PAD and followed up for vascular events or deaths over 5 years. PAD was defined as ankle-brachial index (ABI) <0.9 or history of previous peripheral revascularization and/or limb amputation and/or intermittent claudication. Associations between known cardiovascular risk factors including PAD and cerebrovascular mortality/events were analyzed in a multivariate Cox regression model. Results:During the 5-year follow-up [29,915 patient-years (PY)], 183 patients had a stroke (incidence per 1,000 PY: 6.1 cases). In patients with PAD (n = 1,429) compared to those without PAD (n = 5,392), the incidence of all stroke types standardized per 1,000 PY, with the exception of hemorrhagic stroke, was about doubled (for fatal stroke tripled). The corresponding adjusted hazard ratios were 1.6 (95% confidence interval, CI, 1.1–2.2) for total stroke, 1.7 (95% CI 1.2–2.5) for ischemic stroke, 0.7 (95% CI 0.2–2.2) for hemorrhagic stroke, 2.5 (95% CI 1.2–5.2) for fatal stroke and 1.4 (95% CI 0.9–2.1) for nonfatal stroke. Lower ABI categories were associated with higher stroke rates. Besides high age, previous stroke and diabetes mellitus, PAD was a significant independent predictor for ischemic stroke. Conclusions:The risk of stroke is substantially increased in PAD patients, and PAD is a strong independent predictor for stroke. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

HMG-CoA-Reduktasehemmer, sogenannte Statine, und regelmäßige körperliche Aktivität sind mit vermindertem Auftreten zerebrovaskulärer Ereignisse und Zunahme der endothelialen Stickstoffmonoxidsynthase (eNOS) assoziiert. Die Erhöhung der eNOS-mRNA ist mit verbessertem zerebralen Blutfluß und Neuroprotektion bei einer zerebralen Ischämie verbunden. Vor dem Hintergrund, daß Thrombosen und Thrombembolien die häufigste Ursache zerebro- und kardiovaskulärer Ereignisse darstellen, sind NO-vermittelte antithrombotische Effekte jedoch kaum untersucht. Ebenso wenig ist über mögliche Absetzeffekte nach Beendigung einer Statintherapie bekannt. Daher untersuchten wir, ob die Statine Atorva- und Rosuvastatin eNOS-abhängig zu Neuroprotektion führen und verglichen die Effekte mit einem zweiten eNOS-regulierenden Mechanismus: der regelmäßigen körperlichen Aktivität. Dazu quantifizierten wir nach entsprechender Vorbehandlung eNOS auf mRNA- und Proteinebene aus Aorten, Hirngewebe sowie Thrombozyten und bestimmten die Läsionsvolumina im experimentellen Schlaganfallmodell. Außerdem untersuchten wir nach Statingabe Thrombozytenfunktionsparameter sowie Blutungszeit und Thrombusformation in vivo. Zwei bzw. vier Tage nach Absetzen der Statinbehandlung wiederholten wir die eNOS-Messungen, Schlaganfallexperimente und Gerinnungsanalysen. Wir fanden nach Statinvorbehandlung cholesterinunabhängig eine Zunahme der eNOS, was mit Neuroprotektion im Schlaganfallmodell und verminderter Gerinnungsaktivität verbunden war. Nach Absetzen der Behandlung kam es jedoch zu einer drastischen Abnahme der eNOS, was mit deutlichem Anstieg der Thrombozytenmarker im Plasma und schnellem Verlust der beobachteten positiven Effekte auf Läsionsgröße und Gerinnungssystem einherging. Regelmäßige körperliche Aktivität führt ebenfalls eNOS-abhängig zu verbessertem zerebralen Blutfluß und kleineren Läsionsvolumina bei zerebraler Ischämie. Diese Ergebnisse sind mit den Daten nach Statingabe vergleichbar. Wir demonstrieren einen Klasseneffekt der Statine für eNOS-vermittelte Neuroprotektion im zerebralen Ischämiemodell. Durch die zusätzliche gerinnungshemmende Wirkung könnte diese Wirkstoffklasse neue Ansätze zur prophylaktischen Schlaganfallbehandlung unabhängig vom Cholesterinspiegel eröffnen. Ein Absetzen der Statinbehandlung kann jedoch zu einer Zunahme der Schlaganfallgröße führen und sollte möglicherweise bei Risikopatienten vermieden werden. Regelmäßiges körperliches Training führt zu vergleichbarer Erhöhung der eNOS sowie Neuroprotektion und bietet damit eine sinnvolle Verknüpfung aus prophylaktischer Schlaganfallbehandlung und Rehabilitation. / HMG-CoA-reductase inhibitors, so called statins and regular physical activity are associated with less cerebrovascular events and increase of endothelial nitric oxide synthase (eNOS). Raise of eNOS-mRNA results in cerebral blood flow (CBF) augmentation which refers neuroprotection after ischemic stroke. It is known that thromboses cause the most cerebrovascular events, but nitric oxide (NO) dependent antithrombotic effects are poor examined. In addition there are little information about effects after withdrawal of statin treatment. That is why we investigated Atorva- and Rosuvastatin regarding eNOS dependent neuroprotection and compared the effects with regular physical activity, the second eNOS enhancing mechanism. Therefore after corresponding pretreatment we quantified eNOS-mRNA and protein from aortas, brain tissue and thrombocytes and determined lesion volume after experimental middle cerebral artery occlusion (MCAo). Furthermore after statin treatment we measured marker of thrombocyte activation, as well as bleeding time and thrombus formation in vivo. Two and four days after withdrawal of statin treatment we repeated eNOS measurements, neuroprotection studies and coagulation analyses. We found eNOS upregulation independent from serum cholesterol level after statin pretreatment and this was associated with neuroprotection after ischemic stroke and decreased platelet activation. But after withdrawal of statin treatment eNOS expression was downregulated, which went along with clear upregulation of platelet activation and a rapid loss of the observed positive effects on lesion volume and hemostasis. Regular physical activity leads to an increase of eNOS, which we could correlate with CBF augmentation and improved outcome after MCAo. These results were comparable to the data after statin treatment. We demonstrate a class effect of statins for eNOS-dependent neuroprotection in our ischemia modell. Because of the additional antithrombotic effects statins may present a new approach to prophylactic stroke treatment independent from cholesterol level. Withdrawal of statin treatment may refer increased cerebral lesion volume and should be avoided in patients with risk for cerebrovascular events. Regular physical activity results in comparable eNOS dependent neuroprotection and offers a useful combination between prophylactic stroke treatment and rehabilitation.

Es wurde der Einsatz der Mehrschicht-Spiral-CT (MS-CT) zur zerebralen Perfusionsbildgebung und zur zerviko-zerebralen Angiographie bei Schlaganfallpatienten evaluiert. Bei 52 Patienten mit klinischen Zeichen einer akuten Ischämie wurde im Mittel 3,4 Stunden nach Symptombeginn an einem MS-CT Gerät eine CT-Perfusion (CTP) durchgeführt. Parameterbilder der zerebralen Blutperfusion (CBP), des zerebralen Blutvolumens (CBV) und der mittleren Transitzeit (MTT) wurden generiert, Perfusionsstörungen ermittelt und mit bildgebenden sowie klinischen Verlaufskontrollen korreliert. Eine CT-Angiographie (CTA) wurde initial bei 12 Patienten angewandt, um die Eignung des Untersuchungsprotokolls zu prüfen. Darüber hinaus wurden bei 45 Patienten mit Zeichen einer akuten zerebrovaskulären Insuffizienz die Ergebnisse der CTA mit denen anderer bildgebender Modalitäten (Magnetresonanz-Angiographie, digitale Subtraktionsangiographie, Dopplerultraschall) verglichen. Perfusionsbilder konnten von 44 Patienten generiert werden, hiervon entwickelten 22 Patienten einen im Verlauf gesicherten Infarkt. An Hand der MTT-Bilder konnten ischämische Veränderungen mit einer Sensitivität von 95 % erfasst werden, die Spezifität war mit 100 % für die CBV-Bilder am höchsten. Patienten mit Infarkt zeigten seitenvergleichend eine signifikante Reduktion der CBP in ischämischen Arealen. Die Ausdehnung der CBV Reduktion ergab die beste Korrelation mit dem endgültigen partiellen Infarktvolumen. Mit der CTA konnte anfänglich bei 12 / 12 Patienten, später bei 43 / 45 (96 %) eine umfassende Darstellung des zerviko-zerebralen Gefäßsystems erreicht werden, wobei in 22 Infarktpatienten die zu Grunde liegende Gefäßpathologie erkannt werden konnte. Das evaluierte Protokoll zur Perfusionsbildgebung mittels Mehrschicht-Spiral-CT ist zur frühzeitigen Erkennung und Quantifizierung einer akuten zerebralen Ischämie geeignet und bietet zusammen mit der CTA, welche das gesamte zerviko-zerebrale Gefäßsystem verlässlich visualisieren kann, die Möglichkeit einer umfassenden Bildgebung mittels MS-CT bei Schlaganfallpatienten. / The application of multi-slice spiral computed tomography (MS-CT) in the diagnostic assessment of stroke patients using cerebral perfusion imaging and cervicocerebral angiography was evaluated. Fifty-two patients with clinically suspected acute ischemia underwent CT perfusion (CTP), performed 3.4 hours, on average, after the onset of symptoms, by using MS-CT. Perfusion images of the cerebral blood perfusion (CBP), cerebral blood volume (CBV) and mean transit time (MTT) were calculated. The amount and extension of perfusion disturbances were measured and correlated with the outcome. CT angiography (CTA) was initially performed on twelve patients to verify the suitability of the examination protocol. In addition, forty-five patients with signs of acute cerebrovascular insufficiency underwent CTA. CTA findings were compared with those of other imaging modalities (magnetic resonance imaging, digital subtraction angiography, doppler ultrasonography). Of 44 patients in whom perfusion maps could be generated, 22 developed infarction confirmed at follow-up. On MTT-maps ischemic changes could be detected with the highest sensitivity (95%). Specificity was highest (100%) for CBV-maps. Patients with infarction showed significant reduction of CBP in ischemic tissue compared to the contra lateral hemisphere. Extension of CBV reduction showed the best correlation with final infarct volume. Initially in twelve out of twelve patients, later in 43 out of 45 (96%), the cervicocranial vascular system could be comprehensively visualized using CTA. In 22 stroke patients the underlying vascular pathology could be detected. CT perfusion using multi-slice CT is a suitable tool for the early identification and quantification of acute cerebral ischemia. Multi-slice CT angiography permits reliable visualization of the cervicocranial vascular system. Together these tools offer comprehensive assessment of stroke patients by means of multi-slice CT.

Ziel der Arbeit war es beim Menschen die Pathophysiologie neuronaler Funktion bei zerebraler Ischämie näher zu charakterisieren sowie Kenntnisse über Umorganisationsprozesse des motorischen Systems nach einem Schlaganfall zu gewinnen. Als Untersuchungsinstrument wurde die transkranielle Magnetstimulation (TMS) eingesetzt, die basierend auf der Analyse exzitatorischer und inhibitorischer Reizeffekte (kortikospinal vermittelte exzitatorische Reizantworten, postexzitatorische Inhibition, transkallosale Inhibition, intrakortikale Inhibition und Fazilitierung) einen nicht-invasiven Zugang zur Funktion kortikaler Neurone und ihrer Efferenzen ermöglicht. An Patienten mit einer Okklusion der A. carotis interna wurden die Auswirkungen einer Ischämie auf die neuronale Funktion des motorischen Kortex untersucht. Es konnte erstmals in vivo nachgewiesen werden, dass eine zerebrale Perfusionsminderung eine selektive Funktionsstörung kortikaler inhibitorischer Interneurone in der betroffenen Hemisphäre und eine Beeinträchtigung interhemisphärischer Hemmmechanismen induziert. An Patienten mit unterschiedlich lokalisierten ischämischen Läsionen wurde der Einfluss des interhemisphärischen Informationstransfers auf Reorganisationsprozesse in der kontralateralen Hemisphäre untersucht. Es zeigte sich, dass bei Schlaganfallpatienten die kortikale Erregbarkeit der nicht-geschädigten Hemisphäre durch eine über das Corpus callosum vermittelte Inhibition signifikant moduliert wird. In zukünftigen Studien ist zu klären, inwieweit sich die Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit positiv auf die Funktionsrestitution auswirken und dies durch den Einsatz rehabilitativer Verfahren unterstützt werden kann. / The study was performed to investigate the pathophysiology of motoneuronal function in cerebral ischemia tand mechanisms of motor cortex reoganisation following stroke. The function of cortical neurons was assessed using transcranial magnetic stimulation of the motor cortex and by analysing the excitatory and inhibitory stimulation effects (corticospinally mediated excitatory response, postexcitatory inhibition, transcallosal inhibition, intracortical inhibition and facilitation). In patients with carotid occlusive disease we investigated the influence of hemispheric ischemia on motor cortex function. Patients with differently localised monohemispheric lesions served as a clinical model to investigate the impact of interhemispheric interaction on motor cortex reorganisation in the non-lesioned hemisphere. The present study is the first to demonstrate that hemispheric ischemia preferentially induces an impairment of trancallosally mediated interhemispheric inhibition and intracortical inhibitory processes. It could be further shown that in acute stroke interhemispheric interaction via callosal fibres significantly influences cortex excitability in the nonlesioned hemisphere e.g. loss of transcallosal inhibition induces hyperexcitability of the contralateral undamaged motor cortex. In the future it has to be elucidated what role excitability changes play for functional recovery and rehabilitation in stroke.

Die Bildung und Aufrechterhaltung von Blutgefäßnetzen ist essenziell für Entwicklung, Gewebewachstum, Homöostase und Regeneration. Gefäßnetze erweitern sich durch ein Gleichgewicht von Endothelzellmigration und -proliferation. Während die Angiogenese gut untersucht ist, ist die Bildung arterieller Gefäße weniger erforscht. Piale Kollateralgefäße, eine seltene Form vaskulärer Redundanz im zentralen Nervensystem, verbinden Hirnarterien und schützen bei Schlaganfällen, indem sie blockierte Arterien ersetzen. Ein besserer pialer Kollateralfluss führt zu besseren Ergebnissen, was die Bedeutung ihrer Bildung und des Umbaus bei Schlaganfällen verdeutlicht. Diese Arbeit untersucht die zellulären Mechanismen, die der Bildung und dem Remodeling pialer Kollateralen zugrunde liegen. Mit Lineage-Tracing und hochauflösender Bildgebung pialer Gefäße von Mäusen wird gezeigt, dass Kollateralen primär aus wandernden, arteriellen Zellen und zu einem geringeren Teil aus Plexus-Zellen entstehen. Ich identifiziere den Mechanismus der Mosaikbesiedlung, bei dem arterielle und plexusstammende Endothelzellen (ECs) in vorkollaterale Kapillaren rekrutiert werden, die sich arteriell umgestalten. Während der embryonalen Entwicklung erfolgt die Kollateralbildung durch Rekrutierung von ECs, während der Umbau nach einem Schlaganfall auf der Proliferation lokaler, arterieller ECs beruht. Ultrastrukturelle Analysen zeigen, dass Kollateral-ECs eine hohe Caveolardichte aufweisen, die nach einem Schlaganfall im Vergleich zu Arterien rasch abnimmt. Die Arbeit beschreibt verschiedene Prozesse, die die Bildung und den Umbau pialer Kollateralen fördern, und hebt die Bedeutung endothelialer Linien hervor. Diese Erkenntnisse betonen die Relevanz arteriellen Wachstums für die Wiederherstellung des Kreislaufs und den Bedarf an verbesserten Kollateraltherapien für Schlaganfälle. / The formation and maintenance of blood vessel networks are crucial for development, tissue growth, homeostasis, and regeneration. Vascular networks expand and remodel through a balance of endothelial cell migration and proliferation. While angiogenesis—the growth of new vessels from existing ones—is well-studied, arterial vessel formation remains less explored. Pial collateral vessels, a rare form of vascular redundancy in the central nervous system, connect cerebral arteries and provide protection during stroke by dilating to replace blocked arteries. Patients with better pial collateral flow show improved outcomes, underscoring the importance of understanding collateral formation and remodeling in stroke. This work investigates the cellular mechanisms underlying pial collateral formation and post-stroke remodeling. Using lineage tracing and high-resolution imaging of mouse pial vasculature, I show that pial collaterals primarily arise from migrating artery-derived cells, with a smaller contribution from plexus-derived cells. I identify a novel mechanism—mosaic colonization—where arterial and plexus endothelial cells (ECs) are recruited into pre-collateral capillaries, coinciding with arterialization. Embryonic collateral formation involves EC recruitment, while post-stroke remodeling relies on proliferation of local artery-derived ECs. Ultrastructural analysis reveals collateral ECs exhibit high caveolar density, which rapidly declines after stroke compared to arterial caveolae. Overall, this thesis delineates distinct processes driving pial collateral formation and remodeling, highlighting the key endothelial lineages. These findings emphasize the importance of arterial growth in restoring circulation and underscore the need for improved collateral therapeutics for stroke.