Ziel dieser Arbeit war, in einem experimentellen Ansatz der Frage nachzugehen, welche pathophysiologischen Veränderungen in Bezug auf Hypertrophie und Funktionalität der Herzmuskulatur nach einem Myokardinfarkt durch Calsarcin-1 hervorgerufen werden und welchen Einfluss das Z-Scheiben-Protein in-vivo auf den Kalzium-Calmodulin Signalweg besitzt. Für die dafür durchgeführten Untersuchungen konnte auf drei verschiedene Mauslinien zurückgegriffen werden (Calsarcin-1 knockout-Mäuse, Calsarcin-1 transgene Mäuse, Wildtypmäuse). Die vorliegende Arbeit baut auf den in-vitro Ergebnissen von Frey et al. (2004) auf. Insgesamt wurden 278 Mäuse einer Infarkt- oder Scheinoperation unterzogen. Fünf Wochen nach ihrer Operation wurde das Herz jeder Maus mittels Ultraschall vermessen und auf seine Funktionstüchtigkeit untersucht. Anschließend wurden die Tiere getötet. Die entnommenen Herzen wurden gewogen, die entnommenen Unterschenkel vermessen. Insgesamt 60 Herzen wurden nach konventionellen histologischen Verfahren HE-gefärbt. 39 Mäuse wurden 24 Stunden nach ihrer Infarktoperation getötet. Ihre Herzen wurden mit Evans-blue und Tetrazoliumchlorid gefärbt. Insgesamt gingen Gewebeproben von 67 Herzen in die Untersuchungen auf RNA-Ebene (Real-Time PCR, Dot Blot) ein. Die Herzen von 40 Tieren konnten auf Proteinebene (Western Blot) untersucht werden. Die echokardiologische Untersuchung der Mäuse nach fünf Wochen zeigte eine deutliche Dilatation des linken Ventrikels derjenigen Tiere, die einer Infarktoperation unterzogen worden waren. Die größte Dilatation der drei Infarktgruppen wiesen die Mäuse auf, die nicht in der Lage sind, das Z-Scheiben-Protein Calsarcin-1 auszubilden (0,558 cm (ko Mi) vs. 0,494 cm (Wt Mi); p < 0,001). Diese Mäuse zeigten auch gegenüber den anderen beiden Infarktgruppen die ausgeprägteste systolische Dysfunktion (FS von 0,238% (ko Mi) vs. 0,376% (Wt Mi) und 0,353% (tg Mi); jeweils p < 0,001). Keine Unterschiede bestanden zwischen den Gruppen der scheinoperierten Mäuse. Morphometrische Analysen belegten eine deutliche Hypertrophie der Calsarcin-1 defizienten Mäuse, die durch die Infarktoperation einer biomechanischen Stresssituation ausgesetzt wurden. Als Hypertrophiemaß wurde der Quotient aus Herz- und Körpergewicht gewählt, zusätzlich wurde der Quotient aus Herzgewicht und Tibialänge bestimmt. Bei beiden Messungen unterschied sich das Herzgewicht der knockout-Mäuse mit Infarkt signifikant von den anderen beiden Infarktgruppen. Für das Verhältnis von Herz- zu Körpergewicht wurde für die drei Mäusegruppen ermittelt: 7,55 ± 0,6mg/g (ko Mi ), 5,56 ± 0,23mg/g (WtMi) und 5,73 ± 0,4mg/g (tgMi), wobei p < 0,01 bei ko Mi/Wt Mi und p < 0,86 bei tg Mi / Wt Mi. Für das Verhältnis von Herzgewicht zu Tibialänge ergab sich: 12,4mg/mm (ko Mi), 10,11mg/mm (Wt Mi) und 10,02mg/mm (tg Mi) (p < 0,001 koMi / WtMi, p < 0,27 tg Mi / WtMi). Zwischen den Gruppen der scheinoperierten Mäuse wurden keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Auch auf zellulärer Ebene wiesen die Calsarcin-1 knockout-Mäuse mit Myokardinfarkt eine deutliche Hypertrophie auf verglichen mit den Wildtyp-Mäusen mit Infarkt und den Calsarcin-1 transgenen Tieren (Zellgrößenzunahme um 43,12% (koMi), 34,85% (WtMi) und 29,12% (tgMi); jeweils p < 0,001). Von allen drei Infarktgruppen zeigten die knockout-Mäuse nach fünf Wochen die ausgeprägteste Narbenbildung (Fläche der Infarktnarbe in % der Fläche des linken Ventrikels: 73,41±7,85% (ko-Mi), 53,71±3,81% (WtMi) und 48,60±6,04% (tgMi)). Übereinstimmend dazu wiesen die knockout-Mäuse mit Myokardinfarkt eine übermäßige Steigerung der ANP Produktion auf mRNA-Ebene auf. Auf Proteinebene konnte eine Steigerung der Produktion von MCIP nachgewiesen werden (ko Mi 4,3 ± 0,5 vs. Wt Mi 2,3 ± 0,3 ; p < 0,01). Zusammenfassend lassen die Ergebnisse auf eine gesteigerte Aktivität von Calcineurin und auf ein pathologisches Remodeling in der Abwesenheit von Calsarcin-1 schließen. Die Überexpression von Calsarcin-1 scheint dagegen eine pathologische Hypertrophie des Herzmuskels abmildern zu können.

Die vorliegende Studie analysierte Osteoprotegerin-Serumwerte in einer großen Patientenkohorte mit akutem ST-Hebungs-Myokardinfarkt und konnte erstmals eine mögliche Verbindung mit Parametern einer myokardialen Schädigung in der kardialen Magnetresonanztomographie aufzeigen, zudem konnte anhand erhöhter Osteoprotegerin-Messwerte (≥75. Perzentile) 24 Stunden nach akutem ST-Hebungs-Myokardinfarkt unabhängig auf das vermehrte Auftreten von MACE geschlossen werden.:1 Abkürzungsverzeichnis 2 Abbildungsverzeichnis 3 Tabellenverzeichnis 4 Einleitung 4.1 Einführung 4.2 ST-Streckenhebungs-Myokardinfarkt 4.2.1 Einführung 4.2.2 Pathophysiologie des Myokardinfarktes und verschiedene Typen 4.2.2.1 Myokardinfarkt Typ 1 4.2.2.2 Myokardinfarkt Typ 2 4.2.2.3 Myokardinfarkt Typ 3 4.2.2.4 Myokardinfarkt Typ 4 4.2.2.5 Myokardinfarkt Typ 5 4.2.2.6 Weitere Definitionen des Myokardinfarktes oder der Myokardschädigung 4.2.3 Klinisches Bild des ST-Streckenhebungs-Myokardinfarktes 4.2.4 Diagnostik des ST-Streckenhebungs-Myokardinfarktes 4.2.5 Therapie des ST-Streckenhebungs-Myokardinfarktes 4.2.5.1 Behandlungspfad beim ST-Streckenhebungs-Myokardinfarkt 4.2.5.2 Perkutane Koronarintervention 4.2.5.3 Medikamentöse Therapie beim ST-Streckenhebungs- Myokardinfarkt 4.2.6 Killip- und TIMI-Klassifikation 4.3 Osteoprotegerin 4.3.1 Einführung 4.3.2 Struktur und Synthese von Osteoprotegerin 4.3.3 Osteoprotegerin und Osteoporose 4.3.4 Osteoprotegerin und Atherosklerose 4.3.4.1 Einführung 4.3.4.2 Der „Duke Jeopardy Score“ 4.3.4.3 Osteoprotegerin beim akuten Koronarsyndrom 4.3.4.4 Osteoprotegerin und Infarktgröße 4.4 Kardiale Magnetresonanztomographie 4.4.1 Einführung 4.4.2 Myokardiale Magnetresonanztomographie und Parameter des akuten Myokardschadens 5 Zielstellung der Arbeit 6 Material und Methoden 6.1 Einführung 6.2 Studienort, -zeitraum und Ethik 6.3 Einschlusskriterien 6.4 Primäre perkutane Koronarintervention und nachfolgende Behandlung 6.5 Bestimmung der Osteoprotegerin-Serumspiegel 6.6 Kardiale Magnetresonanztomographie und Analyse des Reperfusionsschadens 6.7 Langzeitnachbeobachtung und klinische Endpunkte 6.8 Statistische Analyse 7 Ergebnisse 7.1 Studiencharakteristika 7.2 Studienablauf 7.3 Patientencharakteristika 7.4 Verlauf der Osteoprotegerin-Serumwerte 7.5 Osteoprotegerin und schwerwiegende kardiovaskuläre Ereignisse 7.6 Osteoprotegerin und kardiale Magnetresonanztomographie 7.7 Osteoprotegerin und das angiographische „no-reflow“-Phänomen 7.8 Osteoprotegerin und „no-reflow“-Phänomen in der kardialen Magnetresonanztomographie 8 Diskussion 8.1 Einführung 8.2 Diskussion der Ergebnisse 8.2.1 Osteoprotegerin und Myokardschaden 8.2.2 Osteoprotegerin und Pathophysiologie des akuten ST- Streckenhebungs-Myokardinfarktes 8.2.3 Osteoprotegerin und Prognose 8.3 Limitationen 8.4 Zusammenfassung und Ausblick 9 Zusammenfassung der Arbeit 10 Literaturverzeichnis 11 Anhang 11.1 Übersicht über die verwendeten Geräte 11.2 Übersicht über die verwendeten Reagenzien 11.3 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 11.4 Lebenslauf 11.5 Publikation 11.6 Danksagung

Hintergrund: Trotz der intensiven Behandlungsmöglichkeiten im infarktbezogenen kardiogenen Schock sind hohe Mortalitätsraten (ca 40-50%) weiterhin zu beobachten. Eine Reihe klinischer, angiografischer und laborchemischer Parameter sind hinsichtlich ihrer prognostischen Aussagekraft im Einzelnen oder in kleineren Gruppen untersucht worden. Bisherige Mortalitätsprädiktionsmodelle benötigen das Einholen klinischer/anamnestischer, angiografischer und biochemischer Variablen, was zu einer erschwerten Anwendbarkeit im klinischen Alltag führt. Eine frühe und valide Risikostratifizierung ist notwendig um weitere Therapieentscheidungen zu treffen und unterschiedliche Risikopopulationen für zukünftige klinische Studien zu identifizieren.   Ziele: In der vorliegenden Arbeit sollte unter Einbezug einer großen Bandbreite von klinischen Parametern, sowie neuen und etablierten Biomarkern, ein Risikoscore entwickelt werden, der nur die relevantesten Prädiktoren der 30-Tage-Mortalität einschließt, um so ein einfach anzuwendendes Tool zur Risikostratifizierung zu erstellen. Methoden: Der Risikoscore wurde anhand von 458 Patient:innen aus der multizentrischen randomisierten CULPRIT-SHOCK Studie mittels Least Absolute Shrinkage Selection Operator (LASSO), einem penalisierten multivariaten logistischen Regressionsmodell entwickelt. Als externe Validierungskohorte dienten 163 Patient:innen der IABP-SHOCK II Studie. Die prädiktive Aussagekraft wurde in interner, intern-extern (zeitlicher) und externer Validierung durch Diskrimination (AUC, c-Statistik), Kalibration, Klinischer Nutzen (decision curve analysis) und Kaplan-Meier-Kurven analysiert. Anschließend wurde der Risikoscore mit bisherigen Prognosemodellen hinsichtlich der diskriminativen Kraft (AUC, c-Statistik) verglichen. Ergebnisse: Aus 58 Kandidatenvariablen (30 klinische Parameter, 28 Biomarker) wurden nur vier als relevante Prädiktoren identifiziert. Aus Cystatin C, Laktat, Interleukin-6 und NTproBNP wurde somit der CLIP Score gebildet. In der internen Validierung wurde eine AUC von 0.82 (95% CI: 0.77-0.85) erreicht, in der intern-externen (zeitlichen) Validierung eine AUC von 0.83 (95% CI 0.76 – 0.90). Die externe Validierung ergab eine AUC von 0.73 (95% CI: 0.65 – 0.80). Es zeigte sich eine gute Kalibrierung und ein großer positiver Nettobenefit im klinischen Nutzen. Der CLIP Score überragte den SAPS II risk score (0.830 95% CI 0.765-0.896 vs 0.626 95% CI 0.528-0.725; P<0.001) und den IABP-SHOCK II risk score (0.830 95% CI 0.765-0.896 vs 0.761 95% CI 0.685-0.837; P=0.03) in der intern-externen (zeitlichen) Validierungskohorte. Zusammenfassung/Schlussfolgerung: Wir entwickelten und validierten einen reinen Biomarker Risikoscore zur Vorhersage der 30-Tage-Mortalität im infarktbezogenen kardiogenen Schock. Er stellt ein wertvolles Tool zur Unterstützung bei Entscheidungen für Therapieeskalation oder –deeskalation dar. Er kann automatisch aus vier rund um die Uhr verfügbaren Routinebiomarkern berechnet werden und übertrifft bisherige Risikoscores.:Einführung 3 1. Akuter Myokardinfarkt 3 2. Infarktbezogener kardiogener Schock 5 2.1. Definiton, Ätiologie, Epidemiologie und Klassifikation 5 2.2. Therapieansätze 8 2.3. Die CULPRIT-SHOCK Studie 10 2.4. Bisherige Biomarkeruntersuchungen 10 2.5. Bisherige Prognosemodelle 11 3. Rationale der vorliegenden Studie 14 Formatierte Publikation 15 Zusammenfassung 25 Literaturverzeichnis 28 Anlagen (Abkürzungsverzeichnis, Supplemental Materials der Publikation) 33 Darstellung des eigenen Beitrags 55 Selbstständigkeitserklärung 59 Lebenslauf 60 Publikationen 62 Danksagungen 63

Ziel der Arbeit war es, den Langzeitverlauf von Patienten mit STEMI bei Vorstellung nach 12 bis 48 Stunden nach Symptombeginn in Abhängigkeit der Revaskularisierung mit oder ohne TA zu beurteilen. Es wurden hierfür insgesamt 144 Patienten mit Symptombeginn nach 12 bis 48 Stunden in einer 1:1 Randomisierung auf die zwei zu vergleichenden Gruppen PCI mit oder ohne TA verteilt. Der durch die MRT ermittelte primäre Endpunkt MVO konnte durch die TA nicht verringert werden. Der klinische Langzeitverlauf wurde vier Jahre nach Randomisierung des letzten Patienten erhoben. Hierbei wurde ein strukturiertes, telefonisches Interview durchgeführt. Dies umfasste die klinischen Ereignisse Tod, rezidivierender Herzinfarkt, erneute koronare Revaskularisierung, Stentthrombose und Schlaganfall. Anhand des EuroQol-5D-3L Fragebogens wurde die Lebensqualität bewertet. Die Gesamtmortalität betrug nach vier Jahren 18%. Es stellte sich kein signifikanter Unterschied zwischen beiden Gruppen für die Mortalität heraus. Selbiges gilt für MACE, zusammengesetzt aus Tod, myokardialer Reinfarkt und Zielgefäßrevaskularisierung. Mit Hilfe einer multivariaten Cox-Regressions-Analyse konnten die GFR nach Aufnahme, LVEF per MRT und kardiogener Schock als unabhängige Prädiktoren für die Langzeitmortalität ermittelt werden. Zusammenfassend ergibt sich daraus, dass die TA im Vergleich zur Standard-PCI bei STEMI-Patienten, welche sich spät nach Auftreten der Symptome vorstellten, keinen signifikanten Unterschied in Bezug auf langfristige klinische Ereignisse hervorruft.:I. BIBLIOGRAFISCHE BESCHREIBUNG II. ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS III. TABELLENVERZEICHNIS IV. ABBILDUNGSVERZEICHNIS 1 EINFÜHRUNG 1.1 Epidemiologie 1.2 Definitionen und Pathophysiologie 1.3 Klinik und Diagnostik des ST-Strecken-Hebungsinfarktes 1.4 Reperfusionstherapie 1.4.1 Perkutane Koronarintervention 1.4.2 Manuelle Thrombusaspiration 1.5 Klinische Studien zu Thrombusaspiration bei subakutem STEMI 2 AUFGABENSTELLUNG 3 METHODEN 3.1 Studiendesign 3.2 Definition klinischer Ereignisse 3.3 Follow-Up 3.4 Statistische Analyse 4 ERGEBNISSE 4.1 Basischarakteristika 4.2 Angiografische und prozedurale Merkmale 4.3 Klinische Ereignisse im Langzeitverlauf 4.4 Lebensqualität nach subakutem ST-Strecken-Hebungsinfarkt 4.5 Prädiktoren der Langzeitmortalität 5 DISKUSSION 5.1 Langzeitverlauf bei subakutem Herzinfarkt 5.1.1 Einfluss der Zeitdauer zwischen Symptombeginn und Reperfusion auf die Infarktgröße und die myokardiale Rettung 5.1.2 Einfluss der Zeitdauer zwischen Symptombeginn und Reperfusion auf die Mortalität und klinischen Ereignisse im Langzeitverlauf 5.2 Die Rolle der Thrombusaspiration bei subakutem Myokardinfarkt 5.3 Grenzen der Arbeit 5.4 Schlussfolgerung und Ausblick 6 ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT 7 LITERATUR 8 ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT 9 LEBENSLAUF 10 DANKSAGUNG 11 ANHANG

Bakgrund: Ischemisk hjärtsjukdom är den ledande dödsorsaken världen över. Det är avgörande att rätt behandling påbörjas i tid, då det annars kan ha skadliga eller fatala konsekvenser för patienten. Den prehospitala verksamheten är central i arbetet för att uppnå behandling inom målsatt tid.  Syfte: Arbetets syfte var att belysa faktorer som fördröjer behandlingstiden prehospitalt för patienter med hjärtinfarkt. Metod: Studiens metod var en allmän litteraturstudie. En strukturerad litteratursökning genomfördes i databaserna CINAHL complete och PubMed under perioden november 2020-april 2021, med sökorden Myocardial infarction, Emergency medical services, Treatment delay och Time-to-treatment. Totalt inkluderades och granskades 17 studier och en integrerad analys genomfördes.  Resultat: Det framkom faktorer under två kategorier: Patientens roll i fördröjningen och Systemets roll i fördröjningen. Under kategorierna indelades faktorerna i fem övergripande teman: Felaktig bedömning av symtom, Skjuta upp beslutet om att söka vård, Patienternas bakgrund, Försenad eller felaktig triagering samt Transport. Patienterna gjorde felaktiga bedömningar av deras symtom, särskild när de upplevde atypiska symtom på hjärtinfarkt. Känslor av skam, ångest eller osäkerhet gjorde att patienterna dröjde med att söka vård. Information om patienternas bakgrund analyserade. Informationen inkluderade demografiska och socioekonomiska faktorer samt informationer om tidigare sjukdomar och riskfaktorer för utvecklingen av hjärtinfarkt, men inget säkert samband kunde visas med fördröjning. Vårdgivarnas hantering och triagering av patienternas symtom kunde orsaka fördröjning.  Slutsats: Insikt i faktorer som fördröjer behandlingstiden prehospitalt kan användas i den fortgående kvalitetsutveckling av vården för patienter med hjärtinfarkt för att minska risken för vårdskador och död. Patientens perspektiv måste tas i beaktning, och läggas till grund för förbättringsarbetet. Resultatet var vid flera tillfällen motstridiga, och ytterligare forskning behövs inom området för att belysa om det finns ett säkert samband. / Background: Ischemic heart disease is the leading cause of death worldwide. It is crucial that proper treatment is initiated in a timely manner, otherwise it might have detrimental consequences for the patient. Emergency medical services is key in the efforts to achieve treatment within the allotted time.  Aim: The aim of this study was to illustrate the factors which cause prehospital delay in treating patients with heart infarction. Method: The method of the study was a general literature review. A structured literaturesearch was conducted in the databases CINAHL complete and PubMed in the timeframe November 2020- April 2021, with the search frases Myocardial infarction, Emergency medical services, Treatment delay and Time-to-treatment. In all, 17 studies were included and reviewed, and an integrated analysis was carried out.  Result: Two categories emerged: The patients’ role in the delay and The systems’ role in thedelay. Under these categories, the factors were classified into five general themes: Inaccurate assessment of symptoms, Delaying the decision too seek care, Patients’ background, Delayed or Inaccurate triage and Transport. The patients assessed their symptoms inaccurately, especially when they experienced atypical symptoms of a heart infarction. Feelings of shame, anxiety or uncertainty delayed patients in their decision to seek care. Information of patients’ backgrounds were analyzed. The information included demographical and socioeconomical factors, as well as information on medical history and risk factor for developing a heart infarction, but no certain connection could be shown to delay. Delay could also be caused by care providers management and triaging of the patient’s symptoms. Conclusion: Understanding the factors of prehospital treatment delay can be utilized in the continuous work to improve the quality of health care for patients with heart infarction to reduce the risk of injury or death. The patient’s perspective must be taken into consideration, in the efforts to improve quality of care. The result was contradictory in several cases, and additional research is needed to illustrate a definite correlation.

Hintergrund: Die COVID-19 Pandemie beeinträchtigte die regelmäßige ambulante medizinische Behandlung von Patienten mit chronischen Erkrankungen. Der Einfluss der Pandemie auf die Versorgung von chronisch kranken Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) in Deutschland, die in ein strukturiertes Disease-Management-Programm (DMP) eingeschlossen sind, ist bisher unklar. Methode: Wir untersuchten, in wieweit die Pandemie die ambulante Versorgung und den Gesundheitszustand von DMP-KHK Patienten (n = 750) beeinflusste. Dafür verwendeten wir einen Patientenfragebogen zur Einschätzung der Inanspruchnahme medizinischer Versorgung, KHK-Symptomen sowie Gesundheitsverhalten und psychischer Gesundheit seit März 2020. Ergebnisse: 9,1% der Patienten gaben an, trotz KHK-Symptomen keinen Arzt aufgesucht zu haben aus Sorge sich mit COVID-19 zu infizieren. Im Vergleich zu symptomatischen KHK-Patienten, die einen Arzt aufsuchten, war der wahrgenommene eigene Einfluss auf das Infektionsrisiko bei diesen Patienten geringer und die Ängstlichkeit stärker ausgeprägt. Von den Patienten, die einen länger als 30 Minuten andauernden Brustschmerz berichteten, suchte ein Drittel nicht unverzüglich einen Arzt auf. Diese Patienten waren generell besorgter bezüglich COVID-19. Patienten, bei denen sich seit der Pandemie mindestens ein KHK-Symptom (Brustschmerz, Atemnot, Schweißausbrüche oder Übelkeit ohne ersichtlichen Grund) verschlechterte, zeigten mehr depressive Symptome, eine stärker ausgeprägte Ängstlichkeit und nahmen trotz KHK-Symptomen seltener medizinische Hilfe in Anspruch aus Angst vor einer Infektion. Zusammenfassung: Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Mehrheit der DMP-KHK Patienten eine ausreichende medizinische Versorgung während der COVID-19 Pandemie in Deutschland erhielt. Allerdings hat jeder zehnte Patient ein deutliches Risiko für medizinische Unterversorgung und negative gesundheitliche Auswirkungen. Das wahrgenommene Risiko einer COVID-19 Infektion könnte die Entscheidung gegen einen Arztbesuch begünstigt haben.

Hintergrund Das parametrische Mapping bietet durch die Erhebung absoluter Relaxationszeiten, welche die Gewebseigenschaften jedes Pixels widerspiegeln, das Potential, die nichtinvasive Gewebsdifferenzierung nach einem akuten Myokardinfarkt gegenüber dem heute als Goldstandard anzusehenden Late Gadolinium Enhancement (LGE) und der T2-gewichteten Short tau inversion recovery (T2-STIR) Sequenz weiter zu verbessern. Es galt das diagnostische Potential des parametrischen Mappings zur Differenzierung von Ödem, Nekrose, mikrovaskulärer Obstruktion (MVO), intramyokardialer Hämorrhagie (MH) und Remote Myokard unter Beweis zu stellen, Referenzwerte zu generieren und Schwellenwerte zur Differenzierung von pathologisch verändertem und gesundem Myokard abzuleiten. Die prognostische Relevanz der bestimmten Messwerte sollte durch Korrelation mit prognoserelevanten Faktoren ermittelt werden. Methoden In dieser retrospektiven Studie wurden 88 Patienten nach erlittenem ST Hebungsinfarkt (STEMI) oder Nicht-ST-Hebungsinfarkt (NSTEMI) untersucht, bei denen nach perkutaner koronarer Intervention eine Kardio-MRT (1,5 Tesla) durchgeführt wurde. Beim T1-Mapping kam eine modifizierte Look-Locker Inversion Recovery Sequenz nativ (T1 nativ), 1-2 min (EG-T1) und 15-18min (LG-T1) nach Gabe von 0,15mmol/kgKG Gadobutrol Kontrastmittel (KM) zum Einsatz. Beim T2-Mapping wurde eine Multi-Echo-Spin-Echo Sequenz und beim T2*-Mapping eine Gradient-Multiecho T2*-Sequenz verwendet. Das Extrazellularvolumen (EZV) leitete sich aus T1 nativ und LG-T1 ab. T2-STIR und LGE dienten als Referenzverfahren für Ödem und Nekrose. Die linksventrikuläre Pumpfunktion (LVEF) wurde mittels einer Steady-State Free Precession Sequenz bestimmt. Eine Voruntersuchung an N=14 Patienten, bei der Ödem und Nekrose anhand übertragener ROIs aus der T2-STIR und dem LGE definiert wurden, diente in Zusammenschau mit der Literatur zur Definition von visuellen Schwellenwerten für Ödem und Nekrose, an denen sich die visuellen Auswertungen dieser Arbeit orientierten (T1 nativ 1150ms, T2-Mapping 62ms, LG T1 350ms, MH 20ms). Es erfolgte eine visuelle Quantifizierung von Ödem, Nekrose, MVO, MH und Remote Myokard im T1 /T2- und T2*-Mapping bei allen N=88 Patienten. Die Ergebnisse wurden mit prognoserelevanten Parametern wie Infarktgröße, Myocardial Salvage Index (MSI), LVEF und EKG-Phänotyp (STEMI/NSTEMI) korreliert. Es wurden retrospektiv 1Standardabweichungs (SD)- und 2SD-Schwellenwerte vom Remote Myokard auf die erhobenen Messwerte angewendet. Ergebnisse Die Fläche des Ödems korrelierte in T1 nativ (r=0,82) und im T2-Mapping (r=0,85) in hohem Maße mit der T2-STIR Sequenz, wobei das Ödem durch das T1 nativ (p<0,01) signifikant und durch das T2-Mapping (p=0,048) grenzwertig signifikant unterschätzt wurde. In T1 nativ und im T2-Mapping konnten Referenzwerte für Ödem und Remote Myokard bestimmt werden (T1 nativ: 1249,0 ± 99,5ms vs. 1049,8 ± 77,7ms, p<0,01; T2-Mapping: 76,1± 8,9ms vs. 56,3 ± 4,2ms, p<0,01). Die T2 Zeit des Ödems korrelierte im Gegensatz zur T1-Zeit mit der LVEF und der Nekrosegröße. Die Fläche der Nekrose im LG-T1 und im LGE korrelierten höchstgradig miteinander (r=0,90). Im LG T1 lag die T1-Zeit der Nekrose bei 329,6 ± 37,9ms, die des Remote Myokards bei 430,1 ± 56,0ms (p<0,01). Das EZV im Infarktareal wurde mit 56,2 ± 8,6% und im Remote Myokard mit 34,6 ± 6,5% bestimmt (p<0,01). Das EG-T1 (N=37) zeigte sich bei der Darstellung der MVO gegenüber dem LG-T1 (N=36) leichtgradig sensitiver. In T1 nativ konnte zudem eine native MVO nachgewiesen werden (N=24). Für die MVO wurde in T1 nativ eine T1-Zeit von 972,6 ± 169,7ms, im EG-T1 von 636,2 ± 179,9ms und im LG-T1 von 456,3 ± 156,8ms bestimmt. Die T1 Zeit und Größe der MVO im EG-T1 und LG-T1 korrelierten mit der Nekrosegröße und der LVEF. Bei Nachweis einer MVO wiesen die Probanden einen geringeren MSI auf. Patienten mit MVO oder STEMI zeigten im T2 Mapping eine signifikant höhere T2 Zeit des Ödems. In T1 nativ und im LG T1 fanden sich hier hingegen keine signifikanten Unterschiede. Bei 21 der Probanden konnte eine MH nachgewiesen werden. Die T2*-Zeit der MH lag bei 17,5 ± 3,5ms. Das Auftreten einer MH stand im Zusammenhang mit einer größeren Nekrose, einem kleineren MSI und einer geringeren LVEF. Bei der retrospektiven Anwendung konnte ein +1SD Schwellenwert von 1127,5ms in T1 nativ und von 60,4ms im T2 Mapping das Ödem am besten differenzieren. Im LG T1 bevorzugten wir einen 1SD Schwellenwert von 374,1ms zur Differenzierung der Nekrose, wodurch diese jedoch im Vergleich zu den anderen Sequenzen häufiger nicht korrekt erkannt wurde. Auffällig war im LG-T1 eine höhere Variabilität der T1-Zeiten. Schlussfolgerung Das Ödem konnte mittels des nativen T1- und T2-Mappings dargestellt werden, wobei sich das T2-Mapping als überlegene Sequenz herausstellte. Es zeigte eine stärkere Übereinstimmung der bestimmten Ödemfläche mit dem Referenzverfahren. Die T2-Zeit des Ödems korrelierte im Gegensatz zur T1-Zeit mit prognoserelevanten Parametern wie der LVEF und der Nekrosegröße im LGE. Durch das LG-T1 gelang eine Quantifizierung der Nekrose, was eine höchstgradige Korrelation mit dem LGE belegte. Die MVO konnte nativ und im KM-verstärkten T1-Mapping nachgewiesen werden. Das EG-T1 zeigte sich hierbei dem LG-T1 leichtgradig überlegen. Im T2* Mapping gelang eine Darstellung der MH. Das Auftreten einer MVO oder MH standen im Zusammenhang mit prognoserelevanten Faktoren. Die T1 Zeit und Größe der MVO korrelierten zudem mit der LVEF und der Nekrosegröße. Patienten mit STEMI oder MVO zeigten signifikant höhere T2-Zeiten im Bereich des Ödems. Bei oben genannter Korrelation der T2-Zeit des Ödems mit der LVEF und der Nekrosegröße scheint somit die Höhe der T2-Zeit im Gegensatz zur T1-Zeit eine Aussage über das Ausmaß der Myokardschädigung zuzulassen. Ein +1SD-Schwellenwert stellte sich in T1 nativ und im T2-Mapping als zu favorisierender Schwellenwert zur Differenzierung des Ödems heraus. Eine höhere Variabilität der T1-Zeiten erschwerte im LG T1 eine schwellenwertbasierte Auswertung anhand eines 1SD Schwellenwertes.:1. Abkürzungsverzeichnis 1 2. Einleitung 2 2.1. Einführung 2 2.2. Der Myokardinfarkt 3 2.3. Grundlagen der Magnetresonanztomographie 4 2.4. Gewebscharakterisierung des akuten Myokardinfarkts 9 2.4.1. Das Ödem 9 2.4.2. Die Nekrose 10 2.4.3. Die mikrovaskuläre Obstruktion 12 2.4.4. Die intramyokardiale Hämorrhagie 13 2.5. Parametrisches Mapping 14 2.5.1. Parametrisches Mapping allgemein 14 2.5.2. T1-Mapping 15 2.5.3. Extrazellularvolumen 15 2.5.4. T2-Mapping 16 2.5.5. T2*-Mapping 17 2.6. Zielsetzung 17 3. Material und Methoden 18 3.1. Studienkollektiv 18 3.2. Datenakquisition 19 3.2.1. Datenakquisition des parametrischen Mappings 20 3.2.1.1. T1-Mapping 20 3.2.1.2. T2-Mapping 20 3.2.1.3. T2*-Mapping 20 3.2.2. Referenzverfahren 21 3.2.2.1. Ödemsensitive T2-gewichtete Bildgebung 21 3.2.2.2. Late Gadolinium Enhancement 21 3.2.3. Ergänzende Analysen 21 3.2.3.1. Linksventrikuläre Funktionsanalyse 21 3.3. Datenevaluation 22 3.3.1. Kalibrierende Voruntersuchung 23 3.3.2. Gewebscharakterisierung im parametrischen Mapping 23 3.3.2.1. T1-Mapping 23 3.3.2.2. T2-Mapping 25 3.3.2.3. T2*-Mapping 25 3.3.2.4. Schwellenwertbestimmung 26 3.3.3. Referenzverfahren 26 3.3.4. Ergänzende Analysen 27 3.3.4.1. Bestimmung der linksventrikulären Funktion 27 3.3.5. Abgeleitete Parameter 27 3.3.5.1. Myokardial Salvage Index 27 3.3.5.2. Extrazellularvolumen 27 3.4. Statistische Verfahren 28 4. Ergebnisse 29 4.1. Kalibrierende Voruntersuchung 29 4.2. Gewebscharakterisierung im parametrischen Mapping 32 4.2.1. Ergebnistabellen 32 4.2.2. Planimetrie der Gewebsdifferenzierung im parametrischen Mapping 33 4.2.2.1. Korrelation von parametrischem Mapping und Referenzverfahren 33 4.2.3. Relaxometrie der Gewebsdifferenzierung im parametrischen Mapping 37 4.2.3.1. Das Ödem im nativen T1- und T2-Mapping 37 4.2.3.2. Die Nekrose im kontrastmittelverstärkten T1-Mapping 43 4.2.3.3. Extrazellularvolumen 46 4.2.4. Mikrovaskuläre Obstruktion 46 4.2.5. Intramyokardiale Hämorrhagie 53 4.3. Schwellenwerte 57 4.4. Vergleich der EKG-Phänotypen STEMI vs. NSTEMI 63 5. Diskussion 64 5.1. Kalibrierende Voruntersuchung 64 5.2. Das Ödem im parametrischen Mapping 65 5.3. Die Nekrose im parametrischen Mapping 70 5.4. Extrazellularvolumen 74 5.5. Mikrovaskuläre Obstruktion 75 5.6. Intramyokardiale Hämorrhagie 79 5.7. Schwellenwerte 85 5.8. Schlussfolgerung 93 6. Zusammenfasssung der Arbeit 97 7. Literaturverzeichnis 100 8. Eigenständigkeitserklärung 111 9. Lebenslauf 112 10. Danksagung 113

Die koronare Herzkrankheit ist trotz wachsendem Lebensstandard und aller präventiven medizinischen Maßnahmen nach wie vor von hoher medizinischer und ökonomischer Bedeutung. Die Akutform stellt das akute Koronarsyndrom dar. Komplizierend kann sich im Rahmen eines akuten Koronarsyndroms ein kardiogener Schock manifestieren, welcher die häufigste Todesursache für Patienten mit akutem Myokardinfarkt nach Aufnahme ins Krankenhaus darstellt. Ziel dieser Arbeit war die Identifizierung von Risikofaktoren für die Krankenhaus- sowie Langzeitmortalität bei der chirurgischen Revaskularisation von Patienten mit akutem Koronarsyndrom und komplizierendem kardiogenen Schock. Wir führten hierfür eine retrospektive Datenanalyse an 302 konsekutiven Patienten durch, welche im akuten Koronarsyndrom und kardiogenen Schock mittels aortokoronarer Bypassoperation therapiert wurden. Insgesamt wurden 44 präoperative, 18 intraoperative und 28 postoperative binäre Items analysiert. Wir konnten zeigen, dass bei den Höchstrisiko-Patienten die Letalität stark vom präoperativen Risikoprofil und dem Ausmaß des kardiogenen Schocks abhängt. Insbesondere der präoperative Einsatz einer IABP sowie die Verwendung der linken Arteria mammaria als Bypassgefäß wirkten sich positiv aus. Das gute Langzeit-Ergebnis demonstriert den Benefit einer chirurgischen Revaskularisation bei den Patienten mit akutem Koronarsyndrom und kardiogenen Schock mit anderenfalls schlechter Prognose.

I bakgrunden beskrivs att akut koronart syndrom (AKS) kan vara relaterad till en osund livsstil och skulle kunna förebyggas genom att avstå rökning, äta balanserad kost, vara fysiskt aktiv och måttlig alkoholkonsumtion. Livsstilsförändring anses som en bidragande faktor till minskning av kardiovaskulär morbiditet och mortalitet samt återinsjuknande av AKS. Målet i vården är att förhindra sjukdomsprocessen, återge livskvalitet till patienterna, motivera till livsstilsförändring samt förhindra återinsjuknande. Patientens engagemang till livsstilsförändring kan påverkas beroende på hur patienten uppfattar allvarlighetsgrad av sinsjukdom, vilket förtydligas med hjälp av health belief model’s (HBM) teori. Studien behövsför att identifiera vilka faktorer som kan hindra eller främja patienter till livsstilsförändring. Sjuksköterskor behöver en ökad kunskap för att stödja patienterna till att uppnå en livsstilsförändring som är hållbar utifrån deras förmågor. Syftet med studien var att identifiera interna och externa faktorer som kan hindra eller främja livsstilsförändring hos patienter efter att ha drabbats av AKS. Metoden som valdes var litteraturstudie för att besvara syftet. Studier publicerade under åren 2008-2018 inkluderades och artikelsökningarna gjordes i databaserna Cinahl Complete, PubMed samt manuell sökning. Datainsamlingen resulterade i 16 vetenskapliga artiklar med både kvalitativ och kvantitativ metod. Kvalitetsgranskningen gjordes utifrån Sophiahemmet Högskolas bedömningsunderlag för kvalitetsgranskning. Dataanalysen gjordes utifrån en integrerad analys. I resultat framkom fem kategorier, respektive med åtta underkategorier. Huvudkategorierna var fysiska faktorer, psykologiska faktorer, vilka var interna faktorer samt sociala faktorer, socioekonomiska faktorer och vårdrelaterade faktorer, som var externa faktorer. Familjen och nära anhöriga hade en stor inverkan och skapade motivation genom att stötta patienterna. Patienter med högre utbildning och god ekonomi var mer benägna att leva mer hälsosamt. Hindrande faktorer till livsstilsförändring var hög ålder, komorbiditet och fysiska funktionsnedsättningar. Nedstämdhet och chock av att drabbas av AKS hindrade patienter att göra förändringar, att inte acceptera sjukdomen begränsade patienterna. Familjekonflikter och brist på stöd hindrade en sund livsstil. Patienter med kunskapsbrist som inte insåg sambandet mellan AKS och livsstilsförändring, hade svårigheter att förändra livsstilen. Bristfälligt professionellt stöd och bristfällig uppföljning hindrade en hälsosam livsstil. Slutsatsen av studien var att interna och externa faktorer kan både hindra och främja patienter att göra livsstilsförändringar efter AKS. Det behövs både kunskap och medvetenhet om riskfaktorer till AKS för att kunna främja hälsa och motverka ohälsa. Patientens egna förmåga är beroende av den sociala omgivningen, familj och av vårdpersonalen som har en viktig påverkan i förändringsprocessen. Sjuksköterskan kan tillsammans med patienten skapa individuella förutsättningar att göra livsstilsförändringar, vilket kan leda till ökad livskvalitet och minska risken för återinsjuknande.

Einleitung: Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen weltweit die häufigste Todesursache dar. Bis heute gibt es keine ursächliche Therapie für die Herzinsuffizienz, die die gemeinsame Endstrecke einer Vielzahl von unterschiedlichen kardialen Erkrankungen bildet. Auch die Gentherapie hat in der Kardiologie, anders als in anderen Bereichen, noch keinen großen Fortschritt erzielen können. Das Kalziumsensorprotein S100A1 stellt aber einen vielversprechenden Kandidaten für die kardiale Gentherapie dar, da es als zentraler Regulator der Herzfunktion und des Kalziumsignalwegs innerhalb der Kardiomyozyten identifiziert werden konnte. Ziele der Untersuchungen: Diese translationale Studie sollte dazu beitragen, dem Ziel einer kardialen Gentherapie der kardialen Dysfunktion einen Schritt näher zu kommen. Zum einen sollte hierzu ein auf adeno-assoziierten Viren (AAVs) basierender Vektor (rAAV) des Serotyps 5 in Verbindung mit einem kardiospezifischen Promotor (CMVenh/0,26 kb-MLC) auf seine Anwendbarkeit und Sicherheit für die kardiale Gentherapie untersucht werden. Durch eine umfangreiche Testung auf präexistierende neutralisierende Serumfaktoren (NSF) sollte zudem untersucht werden, ob das Schwein generell ein geeignetes Modelltier für AAV5-basierte präklinische Studien darstellt. Zum anderen sollte in einem endpunktbasierten Studiendesign der Effekt der hS100A1-Gentherapie nach Myokardinfarkt (MI) im humanrelevanten Großtiermodell weiter charakterisiert werden. Tiere, Material und Methoden: Insgesamt wurden 83 juvenile Schweine aus einem kommerziellen Herkunftsbetrieb verwendet. Vor Versuchsbeginn wurde das Serum von 40 Tieren mittels eines auf Durchflusszytometrie basierenden Zellreporter-Assays auf präexistierende NSF gegen AAV5 untersucht. Für die Hauptstudie wurde bei 8 Tieren eine 2 stündige perkutane Okklusion des Ramus circumflexus der linken Koronararterie (LCX) durchgeführt und so ein ischämischer Myokardinfarkt mit anschließender Reperfusion und resultierender kardialer Dysfunktion induziert. Nach 2 Wochen wurden Infarktgröße und Herzfunktion mittels Kardio-Magnetresonanztomographie (MRT) evaluiert. Die Tiere wurden in die Therapiegruppe (AAV5-hS100A1, 5 Tiere) oder Kontrollgruppe (AAV5-hRluc, 3 Tiere) aufgeteilt. Der Gentransfer (1x1013 virale Genomkopien (vgc)/Tier)) erfolgte per retrograder koronarvenöser Infusion. 12 Wochen nach Gentransfer wurde eine erneute Kardio-MRT Untersuchung durchgeführt. Zur Überprüfung der pharmakologischen Sicherheit wurden während des Versuchs serielle Blut und Elektrokardiogramm (EKG) Untersuchungen durchgeführt. Am Versuchsende wurden die Tiere schmerzfrei getötet und ihre Organe für weitere molekularbiologische Untersuchungen entnommen. Zur Untersuchung der Verteilung und Transkriptionseffizienz der vgc wurde aus den Gewebeproben DNA und RNA isoliert und anschließend eine quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) durchgeführt. Zusätzlich erfolgte eine Next-Generation Sequenzierung der myokardialen RNA, die mit einer gewichteten Gen Co-Expressionsanalyse (WGCNA) und anschließender Anreicherungsanalyse untersucht wurde. Zur Reduktion der Tierzahl wurde die Studie Endpunkt orientiert durchgeführt: sobald die beiden Gruppen signifikant unterschiedliche Ergebnisse in den Endpunkten (EF und Infarktausweitung) erzielten, wurde die Studie beendet. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigen eine niedrige anti-AAV5-Seroprävalenz in der Hausschweinpopulation. Die AAV5-hS100A1-Gentherapie führte nach 12 Wochen zu einer signifikanten Verringerung der Infarktausweitung und zu einer signifikant höheren EF im Vergleich zur Kontrollgruppe (ungepaarter zweiseitiger Student t-Test, p < 0,05). Die EKG- und Blutuntersuchungen ergaben keine Hinweise auf Toxizität. Die Transkriptomanalyse der Myokardproben lieferte mit der EF und Infarktausweitung signifikant und stark negativ korrelierende pathophysiologisch relevante Signalwege. Dabei scheint u.a. eine antiinflammatorische Wirkung von AAV5-hS100A1 von großer Bedeutung zu sein. Erstmals konnte auch eine Interaktion zwischen S100A1 und der kardioprotektiven Retinsäure gezeigt werden. In einer aufgrund der hohen Mortalität während der MI-Induktion eingeschobene Versuchsreihe mit 72 Tieren konnte durch den Wechsel des Narkosegases von Isofluran auf Sevofluran die Mortalität signifikant gesenkt werden (einseitiger Fisher’s exact test, p < 0,05). Schlussfolgerungen: Das Schwein stellt ein geeignetes Modelltier für AAV5-basierte Versuchsvorhaben dar. Das zu testende Konstrukt AAV5-hS100A1 mit CMVenh/0,26 kb-MLC Promotor zeigte bei einer hohen pharmakologischen Sicherheit eine robuste und weitestgehend kardiospezifische Expression des Transgens 12 Wochen nach Gentransfer. Es verfügt somit über ein großes therapeutisches Potenzial. Die Studie konnte dazu beigetragen, neue Signalwege zu identifizieren, die für den Wirkmechanismus von S100A1 relevant sein könnten. Durch die Änderung des Narkosegases konnte die Mortalität bei der MI-Induktion gesenkt werden. In zukünftigen MI-Studien sollte daher die Aufrechterhaltung der Inhalationsanästhesie bevorzugt mittels Sevofluran erfolgen.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Koronare Herzkrankheit, Myokardinfarkt und Herzinsuffizienz 2.1.1 Definition und Epidemiologie 2.1.2 Infarktheilung 2.1.3 Therapiemöglichkeiten 2.2 (Kardiale) Gentherapie 2.2.1 Vektoren 2.2.1.1 AAV5 2.2.2 Promotoren 2.2.3 Applikationsmethoden 2.3 S100A1 als therapeutisches Protein in der kardialen Gentherapie 2.3.1 Die Struktur von S100A1 2.3.2 Die Funktion von S100A1 2.3.3 Die kardiale S100A1-Gentherapie 2.4 Das Schwein in der translationalen Forschung 3 Material und Methoden 3.1 Material für die Aufarbeitung der Proben im Labor 3.1.1 Geräte und Verbrauchsmaterialien 3.1.2 Reagenzien und Chemikalien 3.1.3 Kits 3.1.4 Medien und Puffer 3.2 Material für den Großtier-OP und das Kardio-MRT 3.2.1 Geräte 3.2.2 Katheter und Schleusen 3.2.3 Medikamente und Medizinprodukte 3.3 Allgemeiner Versuchsaufbau 3.3.1 Versuchstiere 3.3.2 Versuchsaufbau 3.3.3 Vorbereitung, Narkose, perioperative Überwachung und Versorgung 3.3.4 Blutentnahme 3.3.5 Gefäßzugänge 3.3.6 Induktion des Myokardinfarkts 3.3.6.1 Änderung der Narkoseaufrechterhaltung während der MI-Induktion 3.3.7 Kardio-MRT – Durchführung 3.3.8 Gentransfer 3.3.9 Virale Vektoren 3.3.10 Organentnahme 3.4 Untersuchung auf neutralisierende Antikörper und Serumfaktoren 3.5 Bestimmung der Genexpression mittels qPCR 3.5.1 Homogenisierung und RNA-/DNA-Isolierung 3.5.2 cDNA-Synthese 3.5.3 Primer und Probes 3.5.4 qPCR im multiplex-Ansatz 3.5.5 Quantifizierung der Vektorgenomkopien mittels SYBR-qPCR 3.6 Kardio-MRT – Auswertung 3.7 Transkriptomanalyse 3.7.1 Next-Generation RNA-Sequenzierung – Durchführung 3.7.2 NGS – Auswertung 3.7.3 Hauptkomponentenanalyse 3.7.4 Gewichtete Gen Korrelation Netzwerk Analyse 3.7.5 Anreicherungsanalyse 3.8 Blutanalyse 3.9 Elektrokardiogramm – Auswertung 3.10 Statistische Auswertung 4 Ergebnisse 4.1 Erfüllung der Einschlusskriterien zur Aufnahme in die Studie 4.1.1 Seroprävalenz von neutralisierenden Antikörpern und Serumfaktoren gegen AAV5 4.1.2 Infarktgröße vor Gentherapie 4.2 Mortalität beim perkutanen LCX-Ischämie-/Reperfusionsmodell 4.3 Gentransfer 4.3.1 Überprüfung der Spezifität der Primer und Probes 4.3.2 Distribution der viralen Vektoren im linken Ventrikel 4.3.3 Transgenexpression im linken Ventrikel 4.3.4 Trankriptionseffizienz im linken Ventrikel 4.3.5 Systemische Verteilung 4.4 Einfluss der hS100A1-Gentherapie auf die kontraktile Funktion und Infarktgrößenentwicklung nach Myokardinfarkt 4.4.1 Effekte auf die Ejektionsfraktion 4.4.2 Effekte auf die Infarktausweitung 4.4.3 Ergebnisse der Transkriptomanalyse 4.5 Einfluss der hS100A1-Gentherapie auf die pharmakologische Sicherheit 4.5.1 Blutanalyse 4.5.2 Elektrokardiogramm 5 Diskussion 5.1 Eignung des Tiermodells 5.1.1 Seroprävalenz von neutralisierenden Antikörpern und Serumfaktoren in der Versuchstierart Schwein 5.1.2 Das perkutane LCX-Ischämie-/Reperfusionsmodell als experimentelles Modell zur Untersuchung der Infarktausweitung 5.1.3 Einfluss des Narkosegases auf die Mortalitätsrate beim perkutanen LCX-Ischämie-/ Reperfusionsmodell 5.2 Eignung des Vektorkonstruktes für die kardiale Gentherapie 5.2.1 Kardiale und systemische Biodistribution, Expression und Transkriptionseffizienz 5.2.2 Pharmakologische Sicherheit der AAV5-hS100A1-Gentherapie 5.2.2.1 Blutanalyse 5.2.2.2 Elektrokardiogramm 5.3 Effekte der hS100A1-Gentherapie 5.3.1 Einfluss auf die Ejektionsfraktion 5.3.2 Einfluss auf die Infarktausweitung 5.4 Limitationen des Studiendesigns und des tierexperimentellen Modells 5.5 Fazit und Ausblick 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Anhang 10 Danksagung / Introduction: Cardiovascular diseases are the prevailing cause of death worldwide. To date, there is no causal therapy for heart failure, which represents the common endpoint of a large number of different cardiac diseases. Even the promising gene therapy approach has not yet been able to achieve relevant progress in this field. Identified as a central regulator of cardiac activity and calcium signaling in cardiomyocytes, the calcium-sensor protein S100A1 represents a highly suitable candidate for cardiac gene therapy. Objective: The overall goal of this translational study is to advance the field of gene therapy for cardiac dysfunction. On the one hand, the on adeno-associated viruses (AAVs) based vector (rAAV) of serotype 5 was tested in combination with a cardiac-specific promotor (cmvenh/0,26 kb-mlc) for its applicability and safety for cardiac gene therapy. Beforehand, extensive testing for preexisting neutralizing serum factors (nsf) was performed to decipher whether the pig is a suitable model for AAV5-based preclinical studies. On the other hand, the effect of the hS100A1 gene therapy after myocardial infarction (MI) was further characterized in a clinically relevant large animal model with an endpoint-based study design. Animals, materials and methods: A total of 83 juvenile farm pigs were used. Before starting the experiment, we analyzed serum from 40 animals for preexisting nsf against AAV5 using a flow cytometry-based cell reporter assay. For the main study, we used 8 animals in which we induced an ischemic myocardial infarction with subsequent reperfusion by occluding percutaneously the ramus circumflexus of the left coronary artery (LCX) for 2 hours to generate cardiac dysfunction. After 2 weeks, we evaluated infarct size and cardiac function with cardiac magnetic resonance imaging (MRI). Animals were divided into the treatment group (AAV5-hS100A1, 5 animals) and the control group (AAV5-hRluc, 3 animals). We applied gene transfer (1x1013 viral genome copies (vgc)/animal) using retrograde coronary venous infusion. We repeated the cardiac MRI 12 weeks after gene transfer. Serial blood and electrocardiogram (ECG) tests were performed during the experiment to verify pharmacological safety. At the end of the study, the animals were euthanized and their organs were collected for further molecular analyses. To investigate the distribution and transcriptional efficiency of the vectors, we isolated DNA and RNA from the tissue samples and performed real-time quantitative polymerase chain reaction (qPCR). In addition, a next-generation sequencing of myocardial RNA was conducted and analyzed with weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) and subsequent enrichment analysis. To reduce the number of animals, the study was end point oriented: When reaching significant differences in the primary end points (ejection fraction (EF) and infarct extension), the study was terminated. Results: The results demonstrate a low anti-AAV5 seroprevalence in the farm pig population. After 12 weeks, the AAV5-hS100A1 gene therapy resulted in a significant reduction of infarct extension and a significantly higher EF compared to the control group (unpaired two-sided Student t-Test, p < 0.05). ECG and blood tests did not show any indications of toxicity. The transcriptome analysis of the myocardial samples provided a significant negative correlation between relevant pathological signaling pathways and EF/infarct extension, thus giving clues to underlying mechanisms. Among these, an anti-inflammatory effect of AAV5-hS100A1 appears to be of major importance. For the first time, we could also demonstrate an interaction between S100A1 and the cardioprotective retinoic acid. Due to the high mortality during MI-induction, we incorporated a test series with 72 animals. By changing the anesthetic gas from isoflurane to sevoflurane, we could significantly reduce the mortality (one-sided Fisher's exact test, p < 0.05). Conclusions: The pig represents a suitable model for AAV5-based studies. 12 weeks after gene transfer, the construct AAV5-hS100A1 with cmvenh/0.26 kb-mlc promoter showed a robust and mostly cardiospecific expression of the transgene accompanied by high pharmacological safety. Thus, it provides great therapeutical potential. The study contributed to identify novel signaling pathways that may be relevant for S100A1’s therapeutic actions. By changing the anesthetic gas, we could reduce the mortality during infarct induction. Therefore, in future MI studies, sevoflurane should be used preferably to maintain inhalation anesthesia.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Koronare Herzkrankheit, Myokardinfarkt und Herzinsuffizienz 2.1.1 Definition und Epidemiologie 2.1.2 Infarktheilung 2.1.3 Therapiemöglichkeiten 2.2 (Kardiale) Gentherapie 2.2.1 Vektoren 2.2.1.1 AAV5 2.2.2 Promotoren 2.2.3 Applikationsmethoden 2.3 S100A1 als therapeutisches Protein in der kardialen Gentherapie 2.3.1 Die Struktur von S100A1 2.3.2 Die Funktion von S100A1 2.3.3 Die kardiale S100A1-Gentherapie 2.4 Das Schwein in der translationalen Forschung 3 Material und Methoden 3.1 Material für die Aufarbeitung der Proben im Labor 3.1.1 Geräte und Verbrauchsmaterialien 3.1.2 Reagenzien und Chemikalien 3.1.3 Kits 3.1.4 Medien und Puffer 3.2 Material für den Großtier-OP und das Kardio-MRT 3.2.1 Geräte 3.2.2 Katheter und Schleusen 3.2.3 Medikamente und Medizinprodukte 3.3 Allgemeiner Versuchsaufbau 3.3.1 Versuchstiere 3.3.2 Versuchsaufbau 3.3.3 Vorbereitung, Narkose, perioperative Überwachung und Versorgung 3.3.4 Blutentnahme 3.3.5 Gefäßzugänge 3.3.6 Induktion des Myokardinfarkts 3.3.6.1 Änderung der Narkoseaufrechterhaltung während der MI-Induktion 3.3.7 Kardio-MRT – Durchführung 3.3.8 Gentransfer 3.3.9 Virale Vektoren 3.3.10 Organentnahme 3.4 Untersuchung auf neutralisierende Antikörper und Serumfaktoren 3.5 Bestimmung der Genexpression mittels qPCR 3.5.1 Homogenisierung und RNA-/DNA-Isolierung 3.5.2 cDNA-Synthese 3.5.3 Primer und Probes 3.5.4 qPCR im multiplex-Ansatz 3.5.5 Quantifizierung der Vektorgenomkopien mittels SYBR-qPCR 3.6 Kardio-MRT – Auswertung 3.7 Transkriptomanalyse 3.7.1 Next-Generation RNA-Sequenzierung – Durchführung 3.7.2 NGS – Auswertung 3.7.3 Hauptkomponentenanalyse 3.7.4 Gewichtete Gen Korrelation Netzwerk Analyse 3.7.5 Anreicherungsanalyse 3.8 Blutanalyse 3.9 Elektrokardiogramm – Auswertung 3.10 Statistische Auswertung 4 Ergebnisse 4.1 Erfüllung der Einschlusskriterien zur Aufnahme in die Studie 4.1.1 Seroprävalenz von neutralisierenden Antikörpern und Serumfaktoren gegen AAV5 4.1.2 Infarktgröße vor Gentherapie 4.2 Mortalität beim perkutanen LCX-Ischämie-/Reperfusionsmodell 4.3 Gentransfer 4.3.1 Überprüfung der Spezifität der Primer und Probes 4.3.2 Distribution der viralen Vektoren im linken Ventrikel 4.3.3 Transgenexpression im linken Ventrikel 4.3.4 Trankriptionseffizienz im linken Ventrikel 4.3.5 Systemische Verteilung 4.4 Einfluss der hS100A1-Gentherapie auf die kontraktile Funktion und Infarktgrößenentwicklung nach Myokardinfarkt 4.4.1 Effekte auf die Ejektionsfraktion 4.4.2 Effekte auf die Infarktausweitung 4.4.3 Ergebnisse der Transkriptomanalyse 4.5 Einfluss der hS100A1-Gentherapie auf die pharmakologische Sicherheit 4.5.1 Blutanalyse 4.5.2 Elektrokardiogramm 5 Diskussion 5.1 Eignung des Tiermodells 5.1.1 Seroprävalenz von neutralisierenden Antikörpern und Serumfaktoren in der Versuchstierart Schwein 5.1.2 Das perkutane LCX-Ischämie-/Reperfusionsmodell als experimentelles Modell zur Untersuchung der Infarktausweitung 5.1.3 Einfluss des Narkosegases auf die Mortalitätsrate beim perkutanen LCX-Ischämie-/ Reperfusionsmodell 5.2 Eignung des Vektorkonstruktes für die kardiale Gentherapie 5.2.1 Kardiale und systemische Biodistribution, Expression und Transkriptionseffizienz 5.2.2 Pharmakologische Sicherheit der AAV5-hS100A1-Gentherapie 5.2.2.1 Blutanalyse 5.2.2.2 Elektrokardiogramm 5.3 Effekte der hS100A1-Gentherapie 5.3.1 Einfluss auf die Ejektionsfraktion 5.3.2 Einfluss auf die Infarktausweitung 5.4 Limitationen des Studiendesigns und des tierexperimentellen Modells 5.5 Fazit und Ausblick 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Anhang 10 Danksagung