Techn. Universiẗat, Diss., 2006--Hamburg.

Konstanz, Univ., Diss., 1983.

Stuttgart, Univ., Diss., 1996.

Zugl.: Diss.

Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2008 / Hergestellt on demand

Das idiopathische Parkinsonsyndrom (auch Morbus Parkinson (MP)) ist die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung. Definiert ist die Erkrankung durch die motorischen Symptome: einer Bradykinese zusammen mit einem Rigor und/oder Tremor. Pathogenetisch kommt es bei der Erkrankung zu einer Degeneration dopaminerger Neurone der Substantia nigra pars compacta, wodurch es letztlich zum Auftreten der parkinsontypischen motorischen Symptome kommt (S3-Leitlinie Parkinson 2016, Masuhr und Neumann 2007). Nach der weit verbreiteten Theorie von Braak und Kollegen beginnt die Erkrankung im dorsalen Kern des Nervus vagus (NV). Dort findet sich als erstes die parkinson-typische Proteinablagerung, das a-Synuclein (a-Syn) (Braak et al. 2003). Der NV stellt eine Verbindung zwischen dem enterischen und dem zentralen Nervensystem dar und innerviert alle parasympathischen Organe vom Halsbereich bis zur linken Kolonflexur. Laut der Theorie aszendiert das a-Syn aus dem enterischen Nerven-system über den NV und breitet sich im Verlauf der Erkrankung über den Hirnstamm und das Mittelhirn weiter nach kranial aus. Aufgrund der Tatsache, dass der NV in der frühen Pathogenese des MP einen gro-ßen Stellenwert hat, wäre eine in vivo Erfassung einer NV-Pathologie im Rahmen einer möglichen Früherkennung oder frühen Diagnosestellung wünschenswert. Eine Möglichkeit könnte in der Nervensonographie bestehen, mit der in vivo und nicht-invasiv Nerven erfasst und die Nervenquerschnittsfläche (cross-sectional area, CSA) berechnet werden können. Dies wurde auch schon für den NV gezeigt, aller-dings gibt es bis dato nur wenige Arbeiten mit zum Teil sehr großen Schwankungen bezüglich seiner CSA (López-Hernández und García-Escrivá 2014; Cartwright et al. 2008). Wir stellten die Hypothese auf, dass eine axonale Degeneration des NV zu einer Veränderung der CSA führt. Ziel dieser Arbeit war es, die Validität der Nervensonographie des NV zu untersu-chen und altersabhängige Referenzwerte an gesunden Probanden zu erstellen. Dafür wurden zunächst 60 gesunde Probanden sonographisch von zwei erfahrenen Neurologen mit Hilfe von zwei unterschiedlichen Ultraschallgeräten untersucht. Der NV wurde in Bezug zu anatomischen Landmarken dargestellt und seine CSA vermessen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden 35 MP-Patienten und eine gleichaltrige Kontroll-gruppe nervensonographisch untersucht. Beide Gruppen wurden neurologisch unter-sucht und parkinsonspezifische motorische Symptome mit Hilfe des motorischen Teils der Unified Parkinson Disease Rating Scale (MDS-UPDRS-III) erhoben. Zur Erfassung nicht-motorischer Symptome wurde ein Fragebogen (NMS) verwendet, zur Einschätzung kognitiver Fähigkeiten der Montreal Cognitive Assessment-Test (MoCA) durchgeführt. Es erfolgten zudem Korrelationsanalysen mit demographi-schen Faktoren (Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht) genauso wie mit der Erkran-kungsschwere und -dauer. Die statistische Auswertung erfolgte mittels SPSS. Es ließ sich nachweisen, dass die CSA des linken NV signifikant kleiner als die des rechten war. Die wahrscheinlichste Ursache für diesen Größenunterschied stellt das unterschiedlich große Innervationsareal (rechts deutlich größer) der beiden asymmetrisch verlaufenden Nerven dar. Es konnte eine gute Geräteübereinstimmung nachgewiesen werden. Man kann also davon ausgehen, dass Messwerte unterschiedlicher Geräte gut vergleichbar sind. Darüber hinaus war die Übereinstimmung zwischen den beiden Ultraschall-Untersuchern ebenfalls als gut einzuschätzen. Daraus lässt sich schließen, dass Ergebnisse erfahrener Untersucher als vergleich-bar gewertet werden können. Im zweiten Teil der Arbeit konnte gezeigt werden, dass bei MP-Patienten sowohl die rechte als auch die linke CSA kleiner war als bei der Kontrollgruppe, wenngleich die Unterschiede klein und die Streuung groß waren. Bei den MP-Patienten ließ sich keine Korrelation zwischen der CSA und der Erkrankungsdauer oder -schwere nach-weisen, was vielleicht darin begründet ist, dass die Abnahme der CSA des NV bei Symptombeginn bereits „vollendet“ ist und sich deswegen mit zunehmender Erkran-kungsschwere nicht weiter messbar verändert. Diese Ergebnisse stehen grundsätz-lich in Einklang mit der Theorie von Braak, dass die Erkrankung enteral beginnt und der NV somit an der Pathogenese des MP beteiligt ist. Die CSA-Abnahme des NV wäre als Biomarker prinzipiell gut geeignet, da der NV sich sonographisch in vivo einfach auffinden und darstellen lässt. Jedoch reichen Sensitivität und Spezifität der NV-Sonographie nicht aus, um eine Diagnose aufgrund einer veränderten CSA zu untermauern, umgekehrt ist eine Erkrankung trotz normaler Fläche nicht auszuschließen. Auch wenn die sonographische Messung der CSA als Screening-Methode allein wahrscheinlich noch nicht ausreichend ist, so könnte sie gerade in Kombination mit parkinsontypischen motorischen und nicht-motorischen Frühsymptomen als nicht invasives, kostengünstiges und schnell durch-führbares Verfahren in Zukunft durchaus in Betracht gezogen werden und als Bio-marker fungieren.:Inhaltsverzeichnis Bibliographische Beschreibung 2 Referat 3 Inhaltsverzeichnis 4 Abkürzungsverzeichnis 7 1. Einleitung 8 1.1. Parkinson-Syndrom 8 1.2. Morbus Parkinson 9 1.2.1. Epidemiologie und Ätiologie 9 1.2.2. Histologie und Erkrankungsausbreitung 11 1.2.3. Symptome 14 1.2.4. Diagnose 17 1.2.5. Therapie 18 1.3. N. vagus 19 1.4. Ultraschall 20 1.4.1. Grundlagen 20 1.4.2. Darstellung des N. vagus mittels Ultraschalls 21 2. Aufgabenstellung 22 3. Patienten und Methoden 23 3.1. Teil 1 23 3.1.1. Probandenkollektiv 23 3.1.2. Instrumente und Durchführung 23 3.2. Teil 2 25 3.2.1. Patientenkollektiv 25 3.2.2. Instrumente und Durchführung 25 3.3. Statistik 26 4. Ergebnisse 27 4.1. Ermittlung von Referenzwerten (Teil 1) 27 4.1.1. Querschnittsfläche des N. vagus 27 4.1.2. Untersucher- und Gerätevergleich 29 4.1.3. Lokalisation des N. vagus 30 4.2. Vergleich Parkinson-Patienten mit Probanden (Teil 2) 31 4.2.1. Demographische Daten 31 4.2.2. Reduktion der Querschnittsfläche des N. vagus 32 5. Diskussion 34 5.1. Teil 1 34 5.1.1. Lagebeziehung und Referenzwertbestimmung 34 5.1.2. Untersucher- und Gerätevergleich 36 5.1.3. Erstellung der Referenzwerte 37 5.1.4. Online-/Offline-Messung 38 5.2. Teil 2 40 5.2.1. Reduktion der Querschnittsfläche 40 5.2.2. Weitere Pathomechanismen 43 5.2.3. Korrelation mit Krankheitsstadien 45 5.2.4. Korrelation mit gastrointestinalen Symptomen 46 5.2.5. Klinische Relevanz 46 5.3. Limitation und Ausblick 47 6. Zusammenfassung 48 7. Literaturverzeichnis 51 8. Anhang 60 9. Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 62 10. Lebenslauf 63 11. Publikationen 64 12. Danksagung 65

Glioblastoma (GBM) sind bösartige hirneigene Tumore, deren schlechte Prognose einer innovativen Therapie bedarf. Aus diesem Grund wurde ein neuer Therapieansatz entwickelt, der auf einer lokalen Ultraschall-vermittelten Zytostatika Applikation beruht. Hierfür wurden stabile Microbubbles (MB) bestehend aus Phospholipiden synthetisiert. Es konnte gezeigt werden, dass MB als auch fokussierter Ultraschall niedriger Intensität (LIFU) keinen negativen Einfluss auf GBM-Zellen hat. MB hingegen konnten mittels LIFU destruiert werden, wodurch das in den MB eingeschlossene Chemotherapeutikum freigesetzt werden kann. Es wurden verschiedene Platin(II)- und Palladium(II)-Komplexe auf GBM Zellen getestet. Zur Beladung der MB wurde Doxorubicin (Dox) verwendet. Es konnte eine Beladungseffizienz der MB mit Dox von 52 % erreicht werden, auch eine Aufreinigung dieser mittel Ionenaustausch-Chromatographie und Dialyse war erfolgreich. Die Austestung der mit Dox beladenen MB (MBDox) erfolgte auf GBM-Zellen in 2D- und 3D-Zelkulturmodellen. Dabei zeigte sich, dass die Behandlung mit MBDox und LIFU für 48 h eine zytotoxische Wirkung hatte, die sich signifikant von der Behandlung mit MBDox ohne LIFU unterschied. Zur Austestung der MBDox in 3D-Zellkulturmodellen wurden zwei Scaffold-Systeme eingesetzt. Es zeigte sich in den Versuchen, dass MBDox mit LIFU im Vergleich zu MBDox ohne LIFU Applikation einen zytotoxischen Effekt auf GBM-Zellen haben. Somit konnte die Wirksamkeit der Zytostatika Applikation mittels MB und LIFU in 2D- und 3D-Zellkulturmodellen erfolgreich etabliert werden. Als weiterer Schritt wurden zwei 3D in vitro Modelle erarbeitet. Dabei wurden zunächst organotypische hippocampale Slice Kulturen (organotypic hippocampal brain slice cultures, OHSC) aus der Maus hergestellt und anschließend mit fluoreszent-markierten Mikrotumoren aus GBM-Zelllinien, Primärzellen (PZ) und aus Patienten generierten GBM-Organoiden hergestellt. Diese GBM-Modelle wurden mit Tumor Treating Fields (TTFields) behandelt. Dabei war eine Abnahme der Tumorgröße von Mikrotumoren aus GBM-Zellen und PZ unter TTFields-Behandlung für 72 h messbar. Als weiteres in vitro Modell wurden humane Tumorschnitte aus intraoperativ entferntem GBM-Patientenmaterial hergestellt. Die Schnitte wiesen ein heterogenes Ansprechen nach 72 h TTFields-Applikation auf. Dies spiegelt die Heterogenität des GBM sehr gut wider und bestärkt die Eignung des Modelles zur Untersuchung von neuen Therapieansätzen zur Behandlung von GBM. / Glioblastoma (GBM) are malignant brain tumor with a poor prognosis requiring innovative therapy. For this reason, a new therapeutic approach based on local ultrasound-mediated cytostatic application is now being established. For this purpose, stable microbubbles (MB) consisting of phospholipids were synthesized. It could be shown that MB as well as focused low intensity ultrasound (LIFU) had no negative effect on GBM cells. MB, on the other hand, could be destroyed by LIFU, allowing the release of the chemotherapeutic agent entrapped in MB. Different platinum(II) and palladium(II) complexes were tested on GBM cells. Doxorubicin (Dox) was used to load the MB. Loading efficiency of MB with Dox of 52% was achieved, and purification of these by ion-exchange chromatography and dialysis was also successful. Dox-loaded MB (MBDox) was tested on GBM cells in 2D and 3D cell culture models. This showed that treatment with MBDox and LIFU for 48 h had a cytotoxic effect that was significantly different from treatment with MBDox without LIFU. Two scaffold systems were used to test MBDox in 3D cell culture models. It was shown in the experiments that MBDox with LIFU had a cytotoxic effect on GBM cells compared with MBDox without LIFU application. Thus, the efficacy of cytostatic drug application using MB and LIFU was successfully established in 2D and 3D cell culture models. As a further step, two 3D in vitro models were developed. Here, organotypic hippocampal brain slice cultures (OHSC) were first prepared from mice and then with fluorescent-labeled microtumors from GBM cell lines, primary cells (PZ), and GBM organoids generated from patients. These GBM models were treated with tumor treating fields (TTFields). Thereby, a decrease in tumor size of microtumors derived from GBM cells and PZ was measurable under TTFields treatment for 72 h. As another in vitro model, human tumor sections were prepared from intraoperatively removed GBM patient material. The sections showed heterogeneous responses after 72 h of TTFields application. This reflects the heterogeneity of GBM very well and reinforces the suitability of the model to investigate new therapeutic approaches for the treatment of GBM.

In einigen Punkten konnte diese Arbeit die Ergebnisse früherer Studien bestätigen. Einstellungs- und Nadelmodi (wenn auch mit unterschiedlicher Ausprägung) haben einen Einfluss auf die verbesserte Sichtbarkeit der Regionalanästhesienadeln im Ultraschall. Damit diese sonographisch besser erkannt werden, sollten sie in einem flacheren Winkel (30-45°) eingestochen werden. Größere Nadellumina haben einen Vorteil in der Sichtbarkeit im Ultraschall. Auch konnte gezeigt werden, dass der Nadelschliff einen Einfluss darauf hat, wie gut die Anästhesiekanülenspitze sonographisch gesehen wird. Allein die (in der Arbeit untersuchten) Nadelbeschichtungs- Arten brachten keinen wesentlichen Effekt für die verbesserte Erkennbarkeit. Es war jedoch auffallend, dass die subjektiven und objektiven Resultate in einem relativ hohen Maße nicht übereinstimmten. Gründe dafür sehe ich v.a. im gewählten Verfahren der objektiven Untersuchung (mit der Bildbearbeitungssoftware muss die region of interest zielgenauer erfasst werden, um störende Umgebungseinflüsse auszuschließen). Echogene Nadeloberflächen (auch wenn diese nicht Gegenstand der vorliegenden Untersuchung waren), weisen eine verbesserte Ultraschall-Reflexion auf. Sie werden dazu beitragen, dass die sichere Anwendung der USRA weiter zunimmt. Verbesserte Sonographiegeräte, zusätzliche Hilfsmittel (GPS-Unterstützung) und neueste Nadelentwicklungen versprechen einen wichtigen Fortschritt auf dem Gebiet der ultraschallunterstützten Regionalanästhesie (USRA). Diese Weiterentwicklungen werden der USRA den Stellenwert als Gold-Standard in der Regionalanästhesie sichern. / Selected needle-specific elements and setting-specific elements were rated regarding their significance for visibility in ultrasound. Needle-specific elements were needle-coating (Nanoline, uncoated), needle gauge (from 17 up to 24 gauge) and the type of needle tip (Facette, 15°, Sprotte, Tuohy). Setting-specific elements were the depth of insertion (1 cm, 3 cm, 5 cm), the insertion angle (30°, 45° and 60°), the ultrasound frequenzy (5 MHz, 7,5 MHz, 10 MHz) and also the position of the needle opening in relation to the ultrasound beam (0° and 180°). The mobile ultrasound device used in this study was Titan(R) from SonoSite Inc. using a linear transducer (10-5 MHz). The generated pictures (in-plane) were analysed in a picture software (PhotoImpact(R) 12 SE - Ulead).

In einem von der Sächsischen Aufbaubank geförderten Verbundprojekt wird ein neuartiges Ultraschall-Behandlungsgerät entwickelt, das an der Klinik für Dermatologie und Allergologie des Krankenhauses Dresden- Friedrichstadt, einem Akademischen Lehrkrankenhaus der TU Dresden, im Rahmen einer klinischen Studie getestet wird. Durch die Messung peripherer topischer Durchblutungsparameter im Wundbereich unter dem Einfluss von niederfrequentem Ultraschall soll zur Objektivierung ablaufender Gewebeprozesse beigetragen werden. Das Ultraschall- Behandlungsgerät wurde gemeinsam vom Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Dresden, dem IMM Ingenieurbüro Mittweida sowie der Smart Material GmbH Dresden entwickelt / Within the framework of a cooperative project funded by Sächsische Aufbaubank, a new kind of ultrasound therapy system is under development and is being tested in clinical trials at the Department of Dermatology and Allergology at Dresden-Friedrichstadt Hospital, a university teaching hospital of Technische Universität Dresden. The measuring of peripheral topical parameters concerning blood circulation in wound areas under the influence of low-frequency ultrasound is expected to contribute to objectification of the relevant tissue processes. The ultrasound therapy system has been jointly developed by the Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology, IMM Engineering Mittweida and Smart Material GmbH Dresden.

In der vorliegenden Arbeit wird die methodische Entwicklung eines Ultraschall-Einprobenverfahrens zur Erfassung duktilen Rissfortschritts im quasistatischen Dreipunktbiegeversuch auf der Grundlage eines Ultraschallverfahrens vorgestellt. Das Verfahren wird an Werkstoffen unterschiedlichen Zähigkeits-Festigkeitsverhältnisses erprobt. Das Messverfahren beruht auf der wiederholten Messung der Laufzeit des von einem Sendewandler auf die Rissspitze gerichteten und dort in Richtung Empfangswandler gebeugten Ultraschallimpulses. Als Voraussetzung für die In-situ-Rissfortschrittsmessung auf der Grundlage der Signallaufzeitmessung wurde die Schallwellenausbreitung und Signalbildung mittels Schallfeldsimulationen anhand der Elastodynamischen Finiten Integrationstechnik modelliert und zusätzlich durch stroboskopische Messungen der Schallfeldausbreitung experimentell bestätigt. Zur Kalibrierung des Messverfahrens wurde ein analytischer Zusammenhang entwickelt, der die eindeutige Zuordnung der Signallaufzeit zum gesuchten Rissfortschritt gestattet und den Einfluss der während des Dreipunktbiegeversuches stattfindenden plastischen Verformungen berücksichtigt. Das Ultraschall-Laufzeit-Beugungsverfahren wurde für den Einsatz an bruchmechanischen Kleinproben (ISO-V-Geometrie) spezifiziert. Die in den Prüfvorschriften formulierte Genauigkeitsanforderung an ein Einprobenverfahren kann mit dem ULB-Verfahren erfüllt werden. Die erreichbare Messpunktdichte des Rissfortschritts ermöglicht eine nahezu kontinuierliche Darstellung resultierender J-Risswiderstandskurven.