Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung ist eine der häufigsten psychiatrischen Erkrankung des Kindesalters, die eine hohe Heritabilität aufweist und häufig bis ins Erwachsenenalter persistiert und lebenslang zu sozialen, gesundheitlichen und ökonomischen Problemen führt. Die ADHS tritt bei vielen Patienten in Kombina-tion mit anderen psychiatrischen und nicht-psychiatrischen Erkrankungen auf. In den letzten Jahren rückte zunehmend die häufig zur ADHS komorbid auftretende Adipositas in den Fokus der Forschung. Auf der Suche nach copy number variations in Zusammenhang mit ADHS, wurde eine Duplikation auf Chromosom 7p15 – dem Genlocus des NPY – entdeckt. NPY, ist ein endogenes orexigenes Peptid, welches physiologischerweise die Nahrungsaufnahme stimuliert und neben zahlreichen Effekten, wie Blutdruck- und Knochenregulation, auch in Zusammenhang mit neuropsychiatrischen Erkrankungen gebracht werden konnte. Diese Duplikation auf einem Genort, dessen Produkt für die Regulation von Energiehaushalt und Körpergewicht zuständig ist, bildete die Grundlage, eine Assoziationsuntersuchung zu NPY-Genvarianten und dem Körpergewicht bei Kindern durchzuführen. Untersucht wurden bei 269 an ADHS erkrankten Kindern und 142 gesunden Kontrollkindern die Assoziation zwischen NPY-Genvarianten (rs16147, rs16139, rs5574, rs16124) und ADHS, sowie die Assoziation zwischen NPY-Genvarianten und BMI-Perzentilen bei ADHS. Es ergab sich keine signifikante Assoziation bezüglich der aufgestellten Hypothesen. / The attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is one of the most frequent psychiatric disorders in children. It is highly heritable, often persists until adulthood and causes social, economic and health problems. While psychiatric comorbidities of ADHD have been extensively explored, in the last decade mounting evidence pointed to a possible association between ADHD and obesity. In search of copy number variations related to ADHD and this new comorbidity, a duplication on chromosome 7p15 – the gene of Neuropeptide Y (NPY) - has been identified. NPY is an orexigenic peptide, which stimulates food intake and it has also been implicated in other psychiatric diseases. Therefor we performed an association study in a case contol study design including 269 children with ADHD and 142 healthy controls. The objectiv of our investigation was to study the association between four single nucleotid polymorphisms of the NPY- gene (rs16147, rs16139, rs5574, rs16124) and ADHD, and the association between the NPY-polymorphisms and the bmi-percentiles in children with ADHD. Results: No association between the polymorphisms and ADHD in children was found. No association between bmi-percentiles and the polymorphisms was found in children with ADHD.

Die Entwicklung hochauflösender Fluoreszenzmikroskopiemethoden hat die Lichtmikroskopie revolutioniert. Einerseits ermöglicht die höhere erzielte räumliche Auflösung die Abbildung von Strukturen, die deutlich unterhalb der beugungsbedingten Auflösungsgrenze liegen. Andererseits erhält man durch Einzelmoleküllokalisationsmikroskopiemethoden wie dSTORM (Direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) Informationen, welche man für quantitative Analysen heranziehen kann. Aufgrund der sich dadurch bietenden neuen Möglichkeiten, hat sich die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie rasant entwickelt und kommt mittlerweile zur Untersuchung einer Vielzahl biologischer und medizinischer Fragestellungen zum Einsatz. Trotz dieses Erfolgs ist jedoch nicht zu verleugnen, dass auch diese neuen Methoden ihre Nachteile haben. Dazu zählt die Notwendigkeit relativ hoher Laserleistungen, welche Voraussetzung für hohe Auflösung ist und bei lebenden Proben zur Photoschädigung führen kann. Diese Arbeit widmet sich sowohl dem Thema der Photoschädigung durch Einzelmoleküllokalisationsmikroskopie, als auch der Anwendung von dSTORM und SIM (Structured Illumination Microscopy) zur Untersuchung neurobiologischer Fragestellungen auf Proteinebene. Zur Ermittlung der Photoschädigung wurden lebende Zellen unter typischen Bedingungen bestrahlt und anschließend für 20−24 h beobachtet. Als quantitatives Maß für den Grad der Photoschädigung wurde der Anteil sterbender Zellen bestimmt. Neben der zu erwartenden Intensitäts- und Wellenlängenabhängigkeit, zeigte sich, dass die Schwere der Photoschädigung auch von vielen weiteren Faktoren abhängt und dass sich Einzelmoleküllokalisationsmikroskopie bei Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse durchaus mit Lebendzellexperimenten vereinbaren lässt. Ein weiteres Projekt diente der Untersuchung der A- und B-Typ-Glutamatrezeptoren an der neuromuskulären Synapse von Drosophila melanogaster mittels dSTORM. Dabei konnte eine veränderte Anordnung beider Rezeptortypen infolge synaptischer Plastizität beobachtet, sowie eine absolute Quantifizierung des A-Typ-Rezeptors durchgeführt werden. Im Mittelpunkt eines dritten Projekts standen Cadherin-13 (CDH13) sowie der Glucosetransporter Typ 3 (GluT3), welche beide mit der Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung in Verbindung gebracht werden. CDH13 konnte mittels SIM in serotonergen Neuronen, sowie radiären Gliazellen der dorsalen Raphekerne des embryonalen Mausgehirns nachgewiesen werden. Die Rolle von GluT3 wurde in aus induzierten pluripotenten Stammzellen differenzierten Neuronen analysiert, welche verschiedene Kopienzahlvariation des für GluT3-codierenden SLC2A3-Gens aufwiesen. Die Proteine GluT3, Bassoon und Homer wurden mittels dSTORM relativ quantifiziert. Während die Deletion des Gens zu einer erwartenden Verminderung von GluT3 auf Proteinebene führte, hatte die Duplikation keinen Effekt auf die GluT3-Menge. Für Bassoon und Homer zeigte sich weder durch die Deletion noch die Duplikation eine signifikante Veränderung. / The emergence of super-resolution microscopy techniques caused a revolution of light microscopy. On the one hand, the higher achieved structural resolution allows for the visualization of structures below the diffraction limit. On the other hand, single molecule localization microscopy methods like dSTORM (Direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) provide information that can be used for quantitative analysis. The new possibilities, offered by these approaches, lead to rapid development of the same and by now they are applied to investigate a broad range of biological and medical questions. Besides this success, it can’t be denied, that these methods also have some disadvantages like the necessity of relative high laser intensities that are needed for the high resolution and might cause photodamage in living samples. This work deals with the issue of photodamage induced by single molecule localization microscopy methods as well as the examination of neurobiological problems on protein level by the usage of dSTORM and SIM (Structured Illumination Microscopy). To identify photodamage, living cells were irradiated at typical conditions and were observed for 20−24 h afterwards. As a quantitative measure for the severity of photodamage, the fraction of dying cells was determined. Besides the expected dependency on intensity and wavelength, a lot of other factors showed to affect the severity. It could be demonstrated that single molecule localization microscopy can be combined with live-cell imaging if one takes those results into account. Another project aimed for the investigation of A- and B-type Glutamate receptors at the neuromuscular junction of Drosophila melanogaster via dSTORM. Thus, an altered arrangement of both receptor types could be observed and A-type receptors could be quantified absolutely. A third project focused on cadherin-13 (CDH13) and glucose transporter 3 (GluT3), which are connected with attention deficit hyperactivity disorder. CDH13 could be detected in serotonergic neurons and radial glial cells of dorsal raphe in embryonic mouse brains using SIM. The role of GluT3 was analyzed in neurons, differentiated from induced pluripotent stem cells, which possessed different copy-number variations of the gene SLC2A3, which codes for GluT3. Proteins GluT3, Bassoon and Homer were quantified relatively using dSTORM. While the deletion of the gene resulted in an expected decrease of GluT3 at the protein level, the duplication didn’t affect the amount of GluT3. In the case of Homer and Bassoon, neither the deletion, nor the duplication caused any significant changes.

Neuropsychiatric disorders, such as attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), represent a burden which deeply impair the patient’s life. Neurobiological research has therefore increasingly focused on the examination of brain neurotransmitter systems, such as the serotonin (5-HT) system, since a dysfunction has been repeatedly implicated in the pathology of these diseases. However, investigation of functional human neurons in vitro has been restricted by technical limitations for a long time until the discovery of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) revolutionized the field of experimental disease models. Since the pathogenesis of neuropsychiatric disorders involves a complex genetic component, genome-wide association studies (GWAS) revealed numerous risk genes that are associated with an increased risk for ADHD. For instance, the novel ADHD candidate gene SLC2A3 which encodes the glucose transporter-3 (GLUT3), facilitates the transport of glucose across plasma membranes and is essential for the high energy demand of several cell types, such as stem cells and neurons. Specifically, copy number variants (CNVs) of SLC2A3 might therefore impact cerebral glucose metabolism as well as the assembly of synaptic proteins in human neurons which might contribute to the pathogenesis of ADHD. We hypothesized that an altered SLC2A3 gene dosage in human neurons can exert diverse protective or detrimental effects on neurodevelopmental processes as well as the coping of glucometabolic stress events, such as hypo- and hyperglycaemic conditions. The generation of specific iPSC lines from ADHD patients and healthy probands served as basis to efficiently differentiate stem cells into 5-HT specific neurons. Using this neuronal culture, we were able to examine effects of SLC2A3 CNVs on the basal expression of SCL2A3 and GLUT3 in human neurons. Furthermore, the focus was on potentially altered coping of the cells with glucose deprivation and the treatment with specific high- and low glycaemic media. High-resolution fluorescence imaging in combination with electrophysiological and molecular biological techniques showed that: 1) The generated human iPSCs are fully reprogrammed human stem cells showing typical characteristics of embryonic stem cell-like morphology, growth behaviour, the ability to differentiate into different cell types of the human body and the expression of pluripotency-specific markers. 2) The neuronal subtype derived from our stem cells display typical characteristics of 5-HT specific median and dorsal neurons and forms synapses reflected by the expression of pre- and postsynaptic proteins. 3) Even if SLC2A3 CNVs influence SLC2A3 and GLUT3 basal expression, no significant alterations in gene and protein expression caused by hyper- and hypoglycaemic conditions, nor in the assembly of proteins associated with synapse formation could be observed in human iPSC-derived neurons. / Neuropsychiatrische Erkrankungen, wie das Aufmerksamkeits-Defizit/Hyperaktivitäts-Syndrom (ADHS), stellen eine Belastung dar, die das Leben des Patienten schwerwiegend beeinträchtigen. Die neurobiologische Forschung hat sich deshalb zunehmend auf die Untersuchung der Neurotransmittersysteme des Gehirns, wie das serotonerge (5-HT) System fokussiert, da eine Dysfunktion wiederholt in Zusammenhang mit der Pathogenese solcher Erkrankungen gebracht wurde. Die in vitro-Untersuchung funktioneller humaner Neurone war jedoch lange Zeit durch technische Limitierungen eingeschränkt, bis die Entdeckung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen (iPSCs) das Feld der experimentellen Krankheitsmodelle revolutionierte. Da die Pathogenese neuropsychiatrischer Erkrankungen eine komplexe genetische Komponente einschließt, haben genomweite Assoziationsstudien zahlreiche Risikogene aufgedeckt, die mit einem erhöhten Risiko für ADHS assoziiert werden. Das Kandidatengen SLC2A3, das den Glukosetransporter-3 (GLUT3) codiert, ermöglicht beispielsweise den Transport von Glukose über Plasmamembranen und ist somit essenziell für die hohe Energieanforderung verschiedenster Zelltypen, wie etwa Stammzellen und Neurone. Im Besonderen könnten die Kopienzahlvarianten (CNVs) des Gens SLC2A3 daher den cerebralen Glukosemetabolismus, sowie die Ansammlung synaptischer Proteine beeinflussen und so zur Pathogenese des ADHS beitragen. Wir nahmen an, dass eine veränderte SLC2A3-Gendosis in humanen Neuronen diverse protektive oder schädliche Effekte auf Neuroentwicklungsprozesse, sowie den Umgang mit glukometabolischen Stress-Ereignissen, wie etwa hypo- und hyperglykämische Bedingungen haben könnte. Die Generierung spezieller iPSC-Linien von ADHS-Patienten und gesunden Probanden diente als Basis, um Stammzellen effizient in 5-HT spezifische Neurone zu differenzieren. Diese neuronale Kultur ermöglichte uns die Untersuchung der Effekte der SLC2A3 CNVs auf die Basalexpression von SLC2A3 und GLUT3 in humanen Neuronen. Des Weiteren war der Focus auf einen potenziell veränderten Umgang der Zellen mit Glukoseentzug und der Behandlung mit speziellen hoch- und niederglykämischen Medien. Hochauflösende Fluoreszenzaufnahmen in Kombination mit elektrophysiologischen und molekularbiologischen Techniken zeigten, dass: 1) Die generierten human iPSCs vollständig reprogrammierte humane Stammzellen sind, die die typischen Merkmale der embryonalen Stammzell-Morphologie, des Wachstumsverhaltes, der Fähigkeit in verschiedenste Zelltypen des menschlichen Körpers zu differenzieren und der Expression Pluripotenz-assoziierter Marker aufweisen. 2) Der neuronale Subtyp, der aus unseren Stammzellen generiert wurde, die typischen Charakteristiken medianer und dorsaler 5-HT Neurone aufweist und Synapsen formt, verdeutlicht durch die Expression prä- und postsynaptischer Proteine. 3) Selbst wenn die SLC2A3 CNVs einen Einfluss auf die basale Gen- und Proteinexpression haben, zeigte sich jedoch in humanen iPSC-erzeugten Neuronen keine signifikante Veränderung der Gen- und Proteinexpression aufgrund hyper- und hypoglykämischer Konditionen, noch der Ansammlung der Proteine, die mit der Formation der Synapsen assoziiert sind.

Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) gehört weltweit zu den bedeutendsten psychiatrischen Erkrankungen des Kinder- und Jugendalters. Die Pathomechanismen sind aktuell noch nicht vollständig geklärt, wobei es deutliche Hinweise auf hirnorganische Veränderungen gibt. Die transkranielle Sonographie stellt eine nicht-invasive Methode dar, strukturelle Unterschiede tiefer Hirnstrukturen zu untersuchen. Bereits in vorangegangenen Studien konnte mit der Methode eine Veränderung der Echogenität der Substantia nigra (SN) bei Kindern mit ADHS im Vergleich zu gesunden Kontrollprobanden nachgewiesen werden. In dieser Studie sollen nun die möglichen physiologischen Hintergründe der erhöhten Echogenität der Substantia Nigra in Zusammenschau mit bildgebenden Verfahren betrachtet werden. Hierzu wurde in der vorliegenden multimodalen Studie bei 20 männlichen Kindern mit ADHS im Alter zwischen 8 und 12 Jahren eine transkranielle Ultraschalluntersuchung (TCS) zur Bestimmung der echogenen Fläche der Substantia Nigra sowie ein neuromelaninsensitives cMRT zur Bestimmung des neuromelaninassoziierten Volumens der SN, sowie des neuromelaninassoziierten Kontrastes SN/Cb durchgeführt. Als Kennwerte des peripheren Eisenhaushalts wurden die Konzentrationen von Eisen, Ferritin und Transferrin im Blut bestimmt. In die Auswertung gingen außerdem die Stärke der ADHS-Symptomatik (Strength and Difficulties Questionaire, SDQ; Fremdbeurteilungsbogen bei ADHS, FBB-ADHS), die kognitive Begabung (über CFT-20-R) und das Alter der Probanden ein. Psychiatrische Komorbidität wurde mit Hilfe der Child Behaviour Checklist (CBCL) erhoben. / Attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is one of the most important psychiatric diseases of children and adolescents worldwide. The pathomechanisms are currently not yet fully understood, although there are clear indications of organic brain changes. Transcranial sonography is a non-invasive method, to investigate structural differences in deep brain structures. In previous studies, the method was able to demonstrate a change in the echogenicity of the substantia nigra (SN) in children with ADHD compared to healthy control subjects. This study investigates the possible physiological background of the increased echogenicity of the substantia nigra including imaging procedures. For this purpose, in the present multimodal study, a transcranial ultrasound examination (TCS) to determine the echogenic area of the substantia nigra and a neuromelanin-sensitive cMRI to detect the neuromelanin-associated volume of the SN and the neuromelanin-associated Contras SN/Cb were used in 20 male children with ADHD between the ages of 8 and 12 years. The concentrations of iron, ferritin and transferrin in the blood were determined as parameters of the peripheral iron balance. The evaluation also included the strength of the ADHD symptoms (Strength and Difficulties Questionnaire, SDQ; external assessment form for ADHD, FBB-ADHD), the cognitive ability (via CFT-20-R) and the age of the test subjects. Psychiatric comorbidity was assessed using the Child Behavior Checklist (CBCL).

Für Kinder und Jugendliche stellt die Blutentnahme im Rahmen des Therapeutischen Drug Monitorings (TDM) aufgrund der Invasivität häufig eine große physische sowie psychische Belastung dar. Diese Stresssituation kann durch Speichelsammlung aufgrund des nicht invasiven Prozederes vermieden und zusätzlich der Material-, Personal- und Zeitaufwand im Vergleich zu einer Blutentnahme minimiert werden. Da die therapeutischen Referenzbereiche in der AGNP Konsensus-Leitlinie zum TDM von Psychopharmaka nur für Serum und Plasma validiert sind, sind vergleichende Untersuchungen von alternativen Matrizes mit Serum oder Plasma sowie eine klinische Validierung essenziell für die Implementierung in die klinische Praxis. Die Zielsetzung dieser Arbeit war es daher, den Zusammenhang zwischen Speichel- und Serumkonzentrationen von Amphetamin und Guanfacin zu untersuchen, um zukünftig das Prozedere der Probenahme für TDM bei Kinder und Jugendliche unter ADHS-Pharmakotherapie durch ein nicht invasives Verfahren zu erleichtern. Zur quantitativen Bestimmung wurden zwei unterschiedliche Methoden aus der Literatur weiterentwickelt. So war es möglich, aus Speichel- und Serumproben Amphetamin mittels HPLC-FL Analytik sowie Guanfacin mittels LC-MS/MS Analytik zu quantifizieren. Die chromatographischen Methoden wurden in Anlehnung an die Richtlinien der Gesellschaft für toxikologische und forensische Chemie (GTFCh) erfolgreich validiert. Zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Speichel- und Serumkonzentrationen von Amphetamin und Guanfacin bei Kinder und Jugendlichen wurde eine klinische Studie in der Klinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendpsychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie des Universitätsklinikum Würzburgs initiiert. Von 34 Probanden, die mit Lisdexamphetamin und/oder Guanfacin behandelt wurden, konnte jeweils eine korrespondierende Speichel- und Serumprobe gewonnen und quantifiziert werden. Für Amphetamin wurde belegt, dass der Speichel-pH-Wert einen erheblichen Einfluss auf die Wirkstoffverteilung, den Quotienten aus Speichel- und Serumkonzentration, hat (ρ = -0,712; P < 0,001). Dadurch konnte erstmalig unter Berücksichtigung des Speichel-pH-Wertes eine Berechnung der theoretischen Serumkonzentration aus der Speichelkonzentration durchgeführt werden. Es wurde zwar gezeigt, dass sich sowohl der Mittelwert der Differenzen durch die Berechnung theoretischen Serumkonzentration von -343 auf 12 ng/mL als auch die Anzahl der Messwert innerhalb des Akzeptanzintervalls von 20 % verbessern, jedoch war auch nach der Umrechnung die Differenz der Messwerte zu groß, sodass eine klinische Validierung für Amphetamin nicht möglich war. In dieser Studie wurde auch erstmals Guanfacin im Speichel nachgewiesen und quantifiziert, die Konzentrationen lagen zwischen 0,45 und 5,55 ng/mL und waren im Mittel dreifach niedriger als im Serum (2,36 ng/mL vs. 7,47 ng/mL; t (8) = 5,94; P < 0,001).   Die Speichelguanfacinkonzentration wies einen starken Zusammenhang mit der korrespondierenden Serumkonzentration auf (r = 0,758; P = 0,018). Obwohl ein nicht signifikanter Trend für den Einfluss des Speichel-pH-Wertes auf den Quotienten aus Speichel- und Serumkonzentration zu erkennen war, scheint dieser weniger stark ausgeprägt zu sein als bei Amphetamin und anderen basischen Arzneistoffen (r = -0,574; P = 0,106). Mit der vorliegenden Arbeit konnte zum einen gezeigt werden, dass sich die Speichelbestimmung von Amphetamin nur zum qualitativen Nachweis für TDM eignet. Zum anderen konnte gezeigt werden, dass der Speichel-pH-Wert einen geringeren Einfluss auf die Speichelkonzentration von Guanfacin zu haben scheint, als es bei Amphetamin der Fall ist, und sich Guanfacin somit potenziell für TDM in Speichel eignet. Zukünftig könnten Speichelproben zur Kontrolle der Adhärenz sowohl von Amphetamin als auch von Guanfacin verwendet werden und die Probenahme für die Patienten vereinfachen. / Due to the invasive procedure, blood sampling for therapeutic drug monitoring (TDM) is often associated with high stress levels for children and adolescents, which may be avoided by non-invasive oral fluid collection. Furthermore, it may reduce material, personnel and time costs compared to blood collection. Since the therapeutic ranges of the AGNP guideline for TDM of psychotropic drugs are only validated for serum and plasma, comparative studies of alternative matrices with serum or plasma, as well as a clinical validation are essential for the implementation into clinical practice. To investigate the relationship between oral fluid and serum concentrations of amphetamine and guanfacine in children and adolescents, a clinical study was initiated at the Clinic and Polyclinic for Child and Adolescent Psychiatry, Psychosomatics and Psychotherapy at the University Hospital of Würzburg. Therefore, corresponding oral fluid and serum samples derived from 34 subjects treated with lisdexamfetamine and/or guanfacine were collected and quantified. A significant effect of oral fluid pH on drug distribution (ρ = -0.712; P < 0.001), reported as the quotient of oral fluid to serum concentration, was observed for amphetamine. For the first time a calculation of serum concentration from oral fluid concentration, taking oral fluid pH into account, could be performed. Although the calculation improved both the mean of the differences of both methods from -343 to -12 ng/mL and the number of samples within the 20 % acceptance interval, the clinical validation was missed due to the variation between the measured and the calculated serum concentration of amphetamine. Furthermore, guanfacine was detected and quantified in oral fluid for the first time, with concentrations from 0.45 to 5.55 ng/mL, which was three times lower compared to serum concentrations (2.36 ng/mL vs. 7.47 ng/mL; t (8) = 5.94; P < 0.001). A strong relationship between oral fluid and the corresponding serum concentration of guanfacine (r = 0.758; P = 0.018) was observed. Although a non-significant trend suggested an influence of oral fluid pH on the oral fluid-to-serum concentration ratio, it appeared to be significantly less pronounced than for amphetamine and other basic drugs (r = -0.574; P = 0.106). With the herein presented work it was shown that, on the one hand, the determination of amphetamine in oral fluid may be suitable for qualitative issues in TDM, and, on the other hand, oral fluid pH seems to have a smaller influence on the oral fluid concentration of guanfacine than it is the case for amphetamine and, thus, guanfacine is promising candidate for TDM in oral fluid. In future, oral fluid could be used for compliance monitoring of amphetamine and guanfacine and to facilitate specimen collection as a non-invasive procedure for children and adolescents.

Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine häufige Erkran-kung bei Kindern und Jugendlichen. Vor allem bei Ausbleiben einer suffizienten Be-handlung verursacht die ADHS sehr oft vielfältige Probleme, die das Leben der Be-troffenen in Familie, Schule und Freizeit gravierend beeinträchtigen. Zahlreiche Studien beschreiben eine Dysfunktion des dopaminergen Systems als Hauptursache für das Auf-treten der Kardinalsymptome Hyperaktivität, Konzentrationsmangel und Impulsivität. Die Hauptsäule der medikamentösen Behandlung ist das zwingend per Betäubungsmit-telrezept zu verordnende Stimulanz METHYLPHENIDAT mit eigenem Nebenwir-kungsprofil und einer nicht geringen Rate an Nonrespondern. Einzelne Literaturstellen und theoretische Vorüberlegungen lassen eine Korrektur dys-funktionaler dopaminerger Transmitterprozesse bei ADHS nicht allein durch Stimulanzi-en, sondern auch durch die Klasse der Dopamin-Agonisten denkbar erscheinen. Diese Vorüberlegungen basieren u. a. auf den Kenntnissen der Eigenschaften und des Wirkmechanismus des Dopamin-Agonisten ROPINIROL, der vielfach in der Behandlung der Parkinson-Krankheit eingesetzt wird. Dieser Heilversuch ist die erste prospektive Untersuchung zur Sicherheit und Wirksam-keit des Dopamin-Agonisten ROPINIROL in der Behandlung von jungen männlichen ADHS-Patienten. Gleichzeitig liegt damit auch der erste Wirksamkeitsvergleich des erstmals gezielt zur ADHS-Behandlung eingesetzten Wirkstoffes ROPINIROL mit der Goldstandard-Substanz der ADHS-Medikation, nämlich METHYLPHENIDAT vor. Insgesamt nahmen 9 Jungen mit ADHS im Alter zwischen 8 und 13 Jahren an dem Heilversuch teil, 3 dieser 9 Probanden im Rahmen eines Vortests, die übrigen 6 unter den Bedingungen des endgültigen Heilversuchs. Die Effekte der jeweils eingesetzten Substanz auf die Symptomausprägung der ADHS wurden mit Hilfe der Kurzform des Eltern-Lehrer-Fragebogens nach Conners und speziell hinsichtlich der ADHS-relevanten Verhaltensparameter Konzentrationsfähigkeit und Impulskontrolle durch den computer-gestützten Continuous Performance Test, CPT, erhoben. Im Bild der angewandten computergestützten Konzentrations- und Impulskontroll-belastungstests (CPT) ergab sich bei 2 der 6 Probanden des Hauptheilversuches unter ROPINIROL eine sehr deutliche Verbesserung der Konzentration (Steigerung der rich-tigen Tastendrücke um 30% bzw. 70%). In der Betrachtung der gesamten Probanden-gruppe war der die Konzentration fördernde Effekt von ROPINIROL aber unspezifisch (p=0,463) und blieb weit hinter dem statistisch signifikanten konzentrationsfördernden Effekt von METHYLPHENIDAT auf die Probandengruppe (p=0,021) zurück. 5 von 6 Probanden handelten unter ROPINIROL weniger impulsiv und reduzierten die Anzahl falscher Tastendrücke im CPT gering bis deutlich. 3 dieser 5 Probanden verrin-gerten diese Fehlerzahl unter ROPINIROL um mindestens 40% der Ausgangsfehlerzahl ohne Medikation. Anders als beim Verhaltensparameter Konzentration ließ sich hinsichtlich der Impuls-kontrolle kein Nachteil der Medikation mit ROPINIROL gegenüber METHYLPHENI-DAT errechnen. Auch in der Auswertung der Kurzform des Eltern-Lehrer-Fragebogens nach Conners war ROPINIROL METHYLPHENIDAT rechnerisch nicht signifikant unterlegen. We-gen der kleinen Probandengruppe in Verbindung mit der deutlichen Streubreite der Er-gebnisse zur Impulsivität und innerhalb der Conners-Skalen kann dies aber bestenfalls als Hinweis, nicht aber als rechnerisch bewiesene Ähnlichkeit der Wirkstärke beider Substanzen in der Verbesserung vor allem der Impulskontrolle interpretiert werden. 6 von 9 Probanden beschrieben unter Ropinirol spürbare Tagesmüdigkeit. Diese war unter den höheren Dosen Ropinirol des Vortestes (max. 2mg ROP/die) besonders häufig und stark (3 von 3 Probanden). Unter der reduzierten Enddosis von maximal 1mg ROP/die im Haupttest lag die Häufigkeit der Tagesmüdigkeit bei 4 von 6 Probanden und wurde weniger stark erlebt. Dies weist auf eine Dosisabhängigkeit dieser im Heil-versuch am häufigsten registrierten unerwünschten Wirkung von Ropinirol hin. Impera-tive Schlafattacken blieben vollständig aus. Der Beweis für das Potential des Dopamin-Agonisten ROPINIROL, die Symptome einer ADHS in ähnlichem Ausmaß wie das Stimulanz METHYLPHENIDAT zu verrin-gern oder zumindest statistisch fassbar zu reduzieren, konnte in der Gesamtwürdigung der Ergebnisse dieses Heilversuchs nicht erbracht werden. Es ergaben sich aber einzelne Hinweise auf eine Teilwirksamkeit von ROPINIROL gegen ADHS-Symptome bei einzelnen Probanden, vor allem für den Symptombereich der Impulsivi-tät. Hinweise auf ein Nebenwirkungsprofil, das jede zukünftige Anwendung von ROPINIROL bei ADHS-Erkrankten ausschließt, wurden nicht festgestellt. Die mit Hilfe dieses pilotstudienartigen Heilversuchs gewonnenen Erkenntnisse könnten durch breiter angelegte Studien z. B. im Design einer randomisierten doppelblinden Wirksamkeitsvergleichsstudie überprüft und weiterentwickelt werden, um die mögliche Eignung von Dopamin-Agonisten wie Ropinirol als medikamentöse Alternative für be-stimmte Subpopulationen von ADHS-Betroffenen besser beurteilen zu können. / Efficacy and safety of the dopamine agonist ropinirole in the treatment of boys with attention deficit hyperactivity disorder

SNAP25 (Synaptosomal-Associated Protein of 25 kDa; part of the SNARE complex) is involved in the docking and fusion of synaptic vesicles in presynaptic neurons necessary for the regulation of neurotransmitter release, as well as in axonal growth and synaptic plasticity. In humans, different single nucleotide polymorphisms of SNAP25 have repeatedly been associated with attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD). Thus, in this study heterozygous Snap25 knockout mice were investigated as a model of ADHD. Heterozygous (+/-) Snap25 knockout mice as well as their wild-type (+/+) littermates were reared under control conditions or underwent a Maternal Separation (MS) procedure. Starting at the age of 2 months, mice were tested for locomotor activity in a repeated long-term Open Field (OF) task, for attention deficits and impulsive behavior in the 5 Choice Serial Reaction Time Task (5CSRTT), for anxiety-like behavior in the Light-Dark Box (LDB) and for depression-like behavior in the Porsolt Forced Swim Test (FST). The brains of these mice were subsequently tested for the expression of several ADHD related genes in a quantitative Real-Time PCR (qRT-PCR) study. Another group of female mice (+/+; +/-) underwent a one hour OF test after oral administration of 45 mg/kg Methylphenidate (MPH) or placebo. To find an optimized dosage for this MPH challenge, a pilot study was performed. Wild-type C57BL/6 mice were tested in a long-term OF with several dosages of MPH both intraperitoneally (i.p.) and orally. The brains of these animals were afterwards investigated for neurotransmitter concentrations. In this pilot study the dosages of MPH that were similarly behaviorally effective without causing symptoms of overdosing were 7.5-15 mg/kg intraperitoneally and 30-60 mg/kg orally. However, even though it was possible to find intraperitoneal and oral doses that correlate behaviorally, the neurochemistry was mostly different. In the study on Snap25-deficient mice, unstressed controls showed a hyperactive phenotype in the second of two long-term OF sessions (60 min) spaced three weeks apart. Considering all groups, there was a significant interaction of stress and genotype in the second session, with animals subjected to MS being overall hyperactive with no genotype differences. In the training phase of the 5CSRTT only effects of stress were found, with MS animals finding and consuming fewer rewards. In the single test trial, several genotype effects became apparent, with tendencies for the number of correct nose pokes and the number of rewards eaten, and a significant effect for the number of rewards eaten directly after the correct response. In all of these variables +/- mice performed worse than their wild-type littermates. In the LDB +/- mice entered the lit compartment of the arena earlier than the controls, thus showing attenuated anxiety-like behavior. Regarding depressive-like behavior in the FST, male +/- mice spent significantly less time struggling than male +/+ mice. In the gene expression study, +/- mice had lower expression levels of Maoa and Comt, and higher expression levels of Nos1 than wild-types. Finally, the locomotor activity response to MPH was exaggerated in +/- mice as compared to controls. Heterozygous Snap25 knockout mice show some of the behavioral characteristics of ADHD, as for example a mild hyperactivity in a familiar environment, difficulties in the correct execution of a given task and even some behavior that can be interpreted as delay aversion. Additionally, expression levels of three ADHD related genes were changed in these animals. Although the exaggerated locomotor activity response to MPH is not to be expected of an ADHD model, the difference in the response between +/+ and +/- mice nonetheless implicates a potential dysfunction of the brain dopaminergic system. / SNAP25 (Synaptosomal assoziiertes Protein, 25 kDa; Teil des SNARE Komplexes) ist an der Fusion von synaptischen Vesikeln mit der präsynaptischen Zellmembran beteiligt, und somit notwendig für die Regulation der Neurotransmitter-Ausschüttung. Außerdem wird eine wichtige Funktion bei dem Wachstum von Axonen und synaptischer Plastizität diskutiert. In Humanstudien wurden wiederholt verschiedene Einzelnukleotid-polymorphismen von SNAP25 mit Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) assoziiert. In der vorliegenden Studie wurden heterozygote Snap25 knockout Mäuse als Modell für ADHS untersucht. Heterozygote (+/-) Snap25 knockout Mäuse und ihre wildtypischen Wurfgeschwister wurden unter Kontrollbedingungen großgezogen oder einer maternalen Separation (MS) unterzogen. Beginnend im Alter von etwa 2 Monaten wurden diese Mäuse verschiedenen Verhaltenstests unterzogen: in einem wiederholten Langzeit-Open-Field (OF) Test wurde Aktivität untersucht, Aufmerksamkeitsdefizite und Impulsivität mit dem 5 Choice Serial Reaction Time Task (5CSRTT), angst-ähnliches Verhalten in der Light-Dark Box (LDB) und depressions-ähnliches Verhalten im Porsolt Forced Swim Test (FST). Die Gehirne dieser Mäuse wurden anschließend auf die Expression verschiedener ADHS bezogener Gene in einer quantitativen Real-Time-PCR (qRT-PCR) untersucht. Eine zusätzliche Gruppe weiblicher Mäuse (+/+; +/-) durchlief einen einstündigen OF Test nach oraler Gabe von 45 mg/kg Methylphenidat (MPH) oder Placebo. Um eine optimale Dosierung für MPH in diesem Experiment zu finden, wurde eine Pilotstudie durchgeführt. Hierbei wurden wildtypische C57/BL6 Mäuse in einem Langzeit OF Test mit Gabe unterschiedlicher Dosierungen von MPH, sowohl oral als auch intraperitoneal (i.p.), untersucht. Im Anschluss wurden die Gehirne dieser Tiere auf Neurotransmitter-konzentration geprüft. Diese Pilotstudie ergab als optimale Dosierungen von MPH auf Verhaltensebene 7.5-15 mg/kg i.p. und 30-60 mg/kg oral. Allerdings waren die neurochemischen Effekte der beiden unterschiedlichen Applikationsarten größtenteils verschieden. In der Snap25 Studie zeigten ungestresste Kontroll-Tiere einen leicht hyperaktiven Phänotyp in dem zweiten von zwei Langzeit-Open-Field Tests (60 min) im Abstand von 3 Wochen. Bei Betrachtung aller Gruppen ergab sich auch eine signifikante Interaktion von Stress und Genotyp in der zweiten Testung, und zwar dahingehend, dass MS Tiere grundsätzlich aktiveres Verhalten zeigten, ohne Genotypen-Unterschiede. In der Anfangsphase des 5CSRTT lagen nur signifikante Haupteffekte für Stress vor, gestresste Tiere hatten größere Probleme im Meistern der Aufgabe als Wildtypen. Erst im sogenannten Test-Trial am Ende der Versuchsreihe ergaben sich signifikante Haupteffekte für den Genotyp. Heterozygote Snap25 knockout Mäuse zeigten beispielsweise weniger korrekte Reaktionen und konsumierten auch weniger Belohnungspellets direkt im Anschluss an eine korrekte Reaktion als Wildtypen. In der LDB brauchten +/- Mäuse wiederum weniger Zeit als Wildtypen, um den erleuchteten Teil der Arena zu betreten, und zeigten dadurch ein reduziertes Angst-ähnliches Verhalten. Im Gegensatz dazu ergab sich ein erhöht Depressions-ähnliches Verhalten für männliche heterozygote Snap25 knockout Mäuse im FST. Auf der Genexpressions-Ebene hatten +/- Mäuse niedrigere Expressionslevels von Maoa und Comt und höhere Expressionslevels von Nos1 als Wildtypen. Abschließend zeigte sich eine erhöhte Reaktion auf MPH bei heterozygoten Mäusen. Zusammenfassend zeigen heterozygote Snap25 knockout Mäuse einige Charakteristika von ADHS auf Verhaltensebene, wie zum Beispiel eine leichte Hyperaktivität in bekannter Umgebung, Schwierigkeiten im Erlernen einer gestellten Aufgabe und sogar Verhaltensweisen, die auf eine Abneigung gegenüber Verzögerungen hindeuten. Zusätzlich kommt es aufgrund des Knockouts zu veränderten Expressionslevels verschiedener ADHS assoziierter Gene. Auch wenn die erhöhte Verhaltensreaktion von +/- Mäusen auf MPH nicht die erwartete Reaktion eines ADHS Modells darstellt, deutet sie dennoch auf ein Ungleichgewicht des dopaminergen Systems im Gehirn hin, das bei ADHS eine wichtige Rolle spielt.

Zugl.: Regensburg, Univ., Diss., 2006

In der Bildungspolitik wird zunehmend die Digitalisierung des schulischen Unterrichts gefordert. Dabei stellt sich die Frage, ob alle Schüler/innen gleichermaßen von dem zunehmenden Einsatz digitaler Lernmedien im Unterricht profitieren können. Insbesondere Kinder mit Aufmerksamkeitsstörungen haben Schwierigkeiten bei der Planung und Strukturierung ihrer Lernprozesse. Die störungsbedingt leichte Ablenkbarkeit durch externe oder interne Faktoren erschwert das Aufnehmen der Lerninhalte zusätzlich. Während externe Ablenkungen in Lernsituationen durch Umgebungsreize auftreten können, entstehen interne Ablenkungen beim computerbasierten Lernen beispielsweise durch die Möglichkeit, im Internet bevorzugt Seiten nach persönlichem Interesse anstatt nach der Passung zu einer gestellten Lernaufgabe auszuwählen. In zwei empirischen Studien wurde untersucht, inwiefern aufmerksamkeitsgestörte Kinder beim computerbasierten selbstregulierten Lernen durch metakognitive Prompts unterstützt werden können. Diese stellen Lernhilfen dar, die in Form von Pop-Up Fenstern im Lernprogramm eingebunden sind und zu metakognitiven Aktivitäten, wie z.B. zur Planung, Steuerung und Kontrolle des eigenen Lernverhaltens, anregen sollen. Basierend auf Forschungsergebnissen zum metakognitiven Prompting und dem Therapieprogramm Training mit aufmerksamkeitsgestörten Kindern (Lauth & Schlottke, 2009) wurde eine computerbasierte Lernumgebung zum Thema Klima und Klimazonen entwickelt. Die im Lernprogramm enthaltenen metakognitiven Prompts zielten auf eine Strukturierung des Lernprozesses, indem sie zuerst aufforderten, die Lernaufgabe genau zu lesen und wichtige Begriffe herauszufiltern. Nachfolgend sollten entsprechend dieser Begriffe aufgabenrelevante Links in der Seitenleiste markiert und innerhalb der Lernphase dann lediglich diese, als relevant markierten Seiten, gelesen werden. Einige Minuten vor Ende der Lernzeit wurden die Teilnehmenden dazu angehalten, den Lernprozess zu kontrollieren und ggf. zu korrigieren. In der ersten Studie dieser Arbeit (untersucht wurden Kinder der Klassen 6 bis 9, N = 44) verbesserten sich die Lernergebnisse der aufmerksamkeitsgestörten Kinder, die metakognitive Prompts erhielten im Vergleich zu einer Kontrollgruppe mit Gestaltungsprompts nicht. Als Ursache wurde die mangelnde Motivation der Teilnehmenden angesehen, den Aufforderungen in den metakognitiven Prompts Folge zu leisten und ihr Wissen im Lerntest adäquat wiederzugeben. Aus diesem Grund wurde in der zweiten Studie ein motivationaler Anreiz für die Promptbefolgung und die Beantwortung des Wissenstests eingebunden. Untersucht wurden 40 Schüler/innen mit einer Aufmerksamkeitsstörung der Klassenstufen 7 bis 9. Wie in der ersten Studie erfolgte die Zuweisung zu Experimentalgruppe (EG, motivationaler Anreiz für die Promptbefolgung) und Kontrollgruppe (KG, kein motivationaler Anreiz für die Promptbefolgung) randomisiert. Beide Gruppen arbeiteten in der gleichen Lernumgebung, erhielten die gleiche Lernaufgabe, sowie dieselben metakognitiven Prompts. Allen Teilnehmenden wurde für ein gutes Ergebnis im Wissenstest ein motivationaler Anreiz gestellt. Schüler/innen der EG wurden zusätzlich für die Befolgung der metakognitiven Prompts motiviert: die drei Teilnehmenden, welche die Prompts am besten befolgten, sollten einen Geldgutschein bei einem Einkaufsmarkt ihrer Wahl gewinnen. Es zeigte sich, dass in der EG im Vergleich zur KG keine besseren Ergebnisse im Wissenstest erreicht, jedoch die metakognitiven Prompts signifikant besser befolgt wurden. Betrachtet man die gesamte Stichprobe, stellte das Ausmaß der Promptbefolgung für das Fakten- und Transferwissen einen signifikanten Prädiktor dar. Trotz des fehlenden Gruppenunterschieds konnte der lernförderliche Effekt der metakognitiven Prompts somit bestätigt werden. Demzufolge stellt die Einbindung metakognitiver Prompts in computerbasierten Lernumgebungen eine Möglichkeit dar, Kinder mit Aufmerksamkeitsstörungen in ihrem Lernprozess erfolgreich zu unterstützen. Aufgrund der geringen Stichprobenzahlen haben die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellten Studien eher einen explorativen Charakter. Dennoch zeigen sie sowohl Ansatzpunkte für die weitere Forschung als auch für die Therapie und die damit verbundene bzw. bezweckte Übertragung der Trainingsinhalte in den schulischen Kontext auf.

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