INTRODUÇÃO: A isquemia-reperfusão pulmonar e o uso do oxigenador de membranas são considerados fatores importantes na resposta inflamatória após a cirurgia cardíaca (CC) com utilização da circulação extracorpórea (CEC). Estudos anteriores que utilizaram os próprios pulmões dos pacientes como oxigenador em uma circulação extracorpórea biventricular (CECBV) em comparação à CEC convencional (CECC) mostraram efeitos benéficos na mecânica pulmonar e na reação inflamatória sistêmica. No entanto, a inflamação pulmonar ainda não foi totalmente esclarecida neste cenário. Os objetivos deste estudo foram observar o impacto da exclusão do oxigenador de membranas e da manutenção da ventilação e perfusão pulmonar na inflamação regional em porcos submetidos à CEC. MÉTODOS: Vinte e sete porcos ventilados mecanicamente foram submetidos à toracotomia e alocados randomicamente nos grupos: Controle (n=8), CECC (n=9) e CECBV (n=10). Os animais dos grupos CECC e CECBV foram submetidos respectivamente a uma CEC convencional ou a uma CEC biventricular com ventilação e perfusão pulmonar sem oxigenador de membranas por 90 minutos. As interleucinas (ILs) séricas foram avaliadas nos momentos: basal, após a CEC e 90 minutos após a CEC, e em momentos equivalentes no grupo Controle. As ILs do lavado broncoalveolar (LBA) foram medidas nos momentos basal e 90 minutos após a CEC. Amostras de tecido pulmonar foram coletadas da região ventral e dorsal do lobo pulmonar esquerdo para avaliação do número de polimorfonucleares (PMN) e quantificação do edema pela área de parênquima. Os dados foram avaliados através de ANOVA, considerando-se estatisticamente significante p<0,05. RESULTADOS: O grupo CECC apresentou uma maior inflamação, com um aumento no número de PMN, comparado ao grupo Controle (p < 0,001) nas regiões: ventral (2,8 x10-6± 0,7 x10-6 vs. 1,6 x10-6 ± 0,5 x10-6 , respectivamente) e dorsal (3,3 x10-6 ± 1,0 x10-6 vs. 1,9 x10- 6 ± 0,5 x10-6, respectivamente) e ao grupo CECBV (p = 0,006) nas regiões: ventral (2,3 x10-6 ± 0,7 x10-7) e dorsal (2,1 x10-6 ± 0,7 x10-6). Edema foi maior no grupo CECC comparado ao Controle nas regiões ventral e dorsal (2,4 x10-2 ± 3,5 x10-2 vs. 8,2 x10-4 ± 0,2 x10-4 e 5,7 x10 -2 ± 4,3 x10-2 vs. 0,3 x10-2 ± 1,0 x10-2, respectivamente, p = 0,016) e mais intenso na região dorsal em todos os grupos (p = 0,004). As IL 10 e IL6 do LBA foram maiores nos grupos submetidos à CECC (41,9 ± 12,2, p = 0,010 e 239,4 ± 45,2, p < 0,001, respectivamente) e à CECBV (40,7 ± 12,0, p = 0,016 e 174,8 ± 61,2, p = 0,004, respectivamente) comparadas ao Controle (21,0 ± 6,9 e 71,8 ± 29,8, respectivamente). As ILs séricas não diferiram entre os grupos (p > 0,05). O Grupo CECC, comparado ao grupo CECBV, mostrou um aumento maior com o tempo na IL6 do LBA (239,4 ± 45,2 vs. 174,8 ± 61,2, p = 0,027, respectivamente) e na IL8 sérica (193,1 ± 108,8 vs. 147,0 ± 59,4, p = 0,040, respectivamente). CONCLUSÕES: Em modelo experimental de circulação extracorpórea em porcos, a manutenção da perfusão e ventilação dos pulmões na CEC biventricular atenua a inflamação pulmonar em comparação à CEC convencional / BACKGROUND: Lung ischemia-reperfusion injury and the membrane oxygenator are considered important factors in the inflammatory response after cardiac surgery and cardiopulmonary bypass (CPB). Previous studies using the own lung as the oxygenator with a biventricular bypass demonstrated the beneficial effects of this technique. However, lung inflammation was not fully evaluated in this scenario. The aim of this study was to observe the impact of the exclusion of the membrane oxygenator and maintenance of lung perfusion on regional lung inflammation in pigs undergoing cardiopulmonary bypass. METHODS: Twenty-seven mechanically ventilated pigs were subjected to a thoracotomy and randomly allocated into Control (n=8), CPB (n=9) or Lung Perfusion (n=10) groups. Animals from the CPB group and Lung Perfusion group were subjected respectively to a conventional CPB or to a biventricular bypass with pulmonary ventilation and perfusion without a membrane oxygenator for 90 minutes. The systemic interleukins (ILs) were determined at baseline, after bypass and 90 min after bypass or at equivalent times in the Control group. ILs from bronchoalveolar lavage fluid (BAL) were evaluated at baseline and 90 min after bypass. Tissue samples were collected from the dorsal and ventral regions of the left lung for assessment of the number of polymorphonuclear leukocytes (PMN) per parenchyma area and edema. Data were evaluated using ANOVA and p< 0.05 was considered significant. RESULTS: The CPB group showed increased lung inflammation, with an increased PMN count compared to the Control (p<0,001) at ventral (2.8 x10-6± 0.7 x10-6 vs. 1.6 x10-6± 0.5 x10-6 , respectively) and dorsal regions (3.3 x10-6 ± 1.0 x10-6 vs. 1.9 x10-6 ± 0.5 x10-6, respectively) and to Lung Perfusion Group (p = 0.006) at ventral (2.3 x10-6 ± 0.7 x10-7) e dorsal regions (2.1 x10-6 ± 0.7 x10-6). Edema was higher in the CPB group compared to the Control at ventral and dorsal regions (2.4 x10-2± 3.5 x10-2 vs. 8.2 x10 -4± 0.2 x10-4 and 5.7 x10 -2 ± 4.3 x10-2 vs. 0.3 x10-2 ± 1.0 x10-2, respectively, p = 0.016) and increased in the dorsal region in all groups (p = 0.004). BAL IL10 and IL6 were higher in groups subjected to CPB group (41.9 ± 12.2, p = 0.010 e 239.4 ± 45.2, p<0.001, respectively) and to Lung Perfusion group (40.7 ± 12.0, p = 0.016 e 174.8 ± 61.2, p = 0.004, respectively) compared to Control group (21.0 ± 6.9 e 71.8 ± 29.8). Systemic interleukins did not differ between groups (p > 0.05). The CPB group compared to Lung Perfusion group showed a higher increase in BAL IL6 (239,4 ± 45,2 vs. 174,8 ± 61,2, p = 0,027, respectively) and in serum IL8 over time (193,1 ± 108,8 vs. 147,0 ± 59,4, p = 0,040, respectively). CONCLUSIONS: In a pig model of extracorporeal circulation, maintenance of lung perfusion and ventilation with biventricular bypass attenuates the pulmonary inflammation as compared to conventional CPB

L’insuffisance rénale aiguë (IRA) est une dysfonction d’organe fréquente. Alors que la fonction rénale récupère le plus souvent, on sait depuis 2009 que le pronostic rénal est malgré tout engagé à long terme. L’objectif de ce travail est d’étudier les mécanismes de réparation pathologique de l’épithélium tubulaire afin de mieux comprendre les conséquences à long terme d’un épisode d’IRA.Le parcours des patients après IRA a été transposé dans un modèle à deux agressions (souris C57Bl6/J) : ischémie-reperfusion rénale, suivie à distance par l’administration continue d’angiotensine 2. L’agression aiguë a été calibrée pour obtenir une récupération fonctionnelle et une histologique (microarchitecture normale à la fin du processus de réparation). La fibrose rénale sous angiotensine 2 était plus importante après un antécédent de nécrose tubulaire ischémique résolutive. En isolant les cellules du tube proximal différenciées, une reprogrammation durable du métabolisme et une probable compartimentalisation de la fibrogénèse ont été mises en évidence.L’hypothèse d’un mécanisme épigénétique, faisant le lien entre ischémie-reperfusion et fibrose à distance, a été explorée. Des modifications d’acétylation des histones dans les cellules tubulaires ont été constatées sur des biopsies des greffons humains en post-IRA. Ces modifications ont été reproduites chez la souris et modélisées in vitro après hypoxie-réoxygénation sur une culture primaire de cellules tubulaires. L’acétylation du locus du gène du micro-ARN miR21, dont les cibles sont impliquées dans la progression de la fibrose, est augmentée après ischémie-reperfusion et associée à son induction. / Acute kidney injury (AKI) is a frequent organ dysfunction. While renal function generally recovers, it has been shown since 2009 that AKI carries a poor long-term renal prognosis. The objective of this study was to investigate the maladaptive repair of the tubular epithelium in order to better understand the long-term consequences of AKI. The course of patients after AKI was transposed into a two-hit animal model (C57Bl6/J mice): renal ischemia-reperfusion, followed by continuous administration of angiotensin 2. AKI was calibrated so as to obtain full functional recovery and normal microarchitecture after ischemic tubular necrosis. There was greater renal fibrosis under angiotensin 2 after a history of resolving ischemic tubular necrosis. By isolating differentiated proximal tubular cells, sustained metabolism reprogramming and compartmentalization of fibrogenesis were highlighted. The hypothesis of an underlying epigenetic mechanism, linking ischemia-reperfusion to fibrosis, was explored. Histone post-translational modifications (H3K18 acetylation) in tubular cells were found in human graft biopsies. These changes were reproduced in mice and modeled in vitro after hypoxia-reoxygenation on a primary culture of tubular cells. Histone acetylation peaked at the locus of the miR21 microRNA gene, whose targets are involved in the progression of fibrosis, and was implicated in miR21 expression following our model of AKI.

Magister Scientiae (Medical Bioscience) - MSc(MBS) / Stroke is the third leading cause of death in South Africa, killing about 240 people a day and leaving survivors with residual disabilities. There is no clinically approved neuroprotective agent for stroke at the moment but the consumption of plant polyphenols has been suggested to offer neuroprotection against stroke and other neurodegenerative diseases. In this study, we investigated the effects of long term consumption of fermented rooibos herbal tea (FRHT) on ischemia reperfusion brain injury (I-RBI) in rats. Male adult Wistar rats were fed FRHT ad libitum for 7 weeks prior to the induction of ischemic injury by the transient bilateral occlusion of the common carotid arteries (BCCAO) for 20 minutes followed by 24 hours, 4 and 7 days of reperfusion respectively. Rats were then evaluated for neurologic deficits before sacrifice and brains harvested for assessment of brain oedema, blood-brain-barrier (BBB) integrity through Evans blue extravasation (EBE), immunohistochemical studies of apoptosis and lipid peroxidation. Oxygen radical antioxidant capacity and ferric reducing antioxidant power assays were also conducted to assess total antioxidant capacity after ischemia-reperfusion injury. Notably, the long term consumption of fermented rooibos herbal tea prevented brain oedema by reducing cerebral swelling induced by I-RBI. We also observed that fermented rooibos herbal tea offered neuroprotection against damage to the BBB and delayed neuronal death associated with BCCAO as fewer apoptotic cells were identified 7 days post BCCAO reperfusion. Significantly reduced levels of lipid peroxidation and increased levels of total antioxidant capacity were also observed in brain specimens of rats treated with FRHT. Rats treated with FRHT also showed improved neurologic outcomes when compared with the untreated animals. Our results show that FRHT has potent antioxidant and anti-inflammatory properties which can provide neuroprotective effects against neuronal cell loss, cerebral swelling, BBB disruption, lipid peroxidation and neurologic deficits following I-RBI. The use of FRHT is therefore highly recommended for patients with conditions that predispose them to stroke.

Endogenous cardiac protection against acute ischemia/reperfusion injury can by increased by cardiac adaptation to various forms of chronic hypoxia. Chronic hypoxia induces a large variety of adaptive changes in the myocardium that could be considered as protective, but the exact mechanism of increased ischemic tolerance is unknown. Different studies suggest that catecholamine release and their effect on -adrenergic signaling after adaptation to chronic hypoxia contributes to cardioprotection. In this study we focused on characterization of -adrenergic receptors ( -ARs) in the myocardium of rats after adaptation to three different hypoxic conditions: 1. intermittent normobaric hypoxia - INH/R (23 h hypoxia, 1 h reoxygenation), 2. intermittent normobaric hypoxia - INH (8 h hypoxia, 16 h normoxia), 3. continuous normobaric hypoxia - CNH (24 h hypoxia). We compared how each hypoxic model affects the total number of -adrenergic receptors and proportion of individual subtypes ( 1-and 2-ARs) in the left and right ventricles compared control normoxic rats. The INH model had apparently no effect on -ARs in either ventricles. On the other hand, adaptation to INH/R and CNH was accompanied by a significant decrease (by about 25%) in the total number of -adrenergic receptors in the right ventricles. Our present...

Cardiovascular disease is a leading cause of death in the United States. Toll-like receptor (TLR)-mediated pathways have been demonstrated to play a role in myocardial ischemia/reperfusion (I/R) injury. We and others have shown that PI3K/Akt signaling is involved in regulating cellular survival and protecting the myocardium from I/R induced injury. In this dissertation, we provide compelling evidence that miR-125b serves to “fine tune” TLR mediated NF-kB responses by repressing TNF-a and TRAF6 expression. We constructed lentiviral expressing miR-125b, delivered it into the myocardium. The data showed that delivery of lentivirus expressing miR-125b significantly reduces myocardial infarct size and improves cardiac function in I/R hearts. Mechanistic studies demonstrated that miR-125b negatively regulates TLR mediated NF-kB activation pathway by repressing TNF-a and TRAF6 expression in the myocardium. We also observed that transfection of the myocardium with lentivirus expressing miR-214 markedly attenuates I/R induced myocardial infarct size and cardiac dysfunction. We demonstrated that miR-214 activates PI3K/Akt signaling by targeting PTEN expression in the myocardium. We also investigated the role of TLR3 in neonatal heart repair and regeneration following myocardial infarction (MI). Wild type (WT) neonatal mice showed fully cardiac functional recovery and small infarct size, while TLR3 deficient mice exhibited impaired cardiac functional recovery and large infarct area after MI. Poly (I:C), a TLR3 ligand, administration significantly enhances glycolysis, YAP1 activation and the proliferation of WT neonatal cardiomyocytes. 2-deoxyglucose (2-DG), a glycolysis inhibitor treatment abolished cardiac functional recovery and YAP1 activation in neonatal mice after MI. In vitro either inhibition of glycolysis by 2-DG or inhibition of YAP1 activation prevents Poly (I:C) induced YAP1 activation and neonatal cardiomyocyte proliferation. Importantly, YAP1 activation increases miR-152 expression, leading to cardiomyocyte proliferation through suppression P27kip1 and DNMT1 expression. We conclude that microRNAs play an important role in TLR modulation induced protection against myocardial I/R injury by increasing the activation of PI3K/Akt signaling pathway, decreasing TLR/NF-kB mediated inflammatory response, and suppressing activation of apoptotic signaling following myocardial I/R injury. In addition, TLR3 is an essential for neonatal heart repair and regeneration after myocardial infarction. TLR3 modulation could be a novel strategy for heart regeneration and repair.

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Die Niere ist ein lebenswichtiges Organ, das für die Homöostase des Körpers unentbehrlich ist. Bei einem Funktionsverlust, entweder kongenital oder durch ein akutes oder chronisches Nierenversagen, muss die Funktion ersetzt werden. Für die Nierenersatztherapie gibt es als Ersatzverfahren die Dialyse und die Nierentransplantation. Da eine Dialyse nicht alle Funktionen der Niere ersetzen kann sowie eine hohe Belastung für den Patienten darstellt, ist die Nierentransplantation der Goldstandard im Organersatz. Das vorhandene Angebot an Spenderorganen kann den aktuellen Bedarf allerdings nicht decken, sodass die aktuelle durchschnittliche Wartezeit auf ein postmortal gespendetes Organ in Deutschland derzeit bei etwa sieben bis zehn Jahren liegt. Erschwerend kommt hinzu, dass die verfügbaren Organe häufig von älteren Spendern mit Komorbiditäten stammen. Diese Nieren haben oft eine unklare Funktionsfähigkeit. Aus diesem Grund werden diese Nieren nicht immer für eine Transplantation angenommen oder gar nicht erst entnommen. Eine Methode, den verfügbaren Spenderpool zu vergrößern, ist daher, diese Nieren so gut als möglich nutzbar zu machen. Dafür müssen die Nieren vor der Transplantation medizinisch bewertet werden. Die Maschinenperfusion (MP) ist eine Methode der dynamischen Konservierung und Konditionierung von Organen. Die Vorteile einer Lagerung mittels hypothermer MP für die Niere sind bereits bekannt. Bei der normothermen MP wird die Niere mit einer oxygenierten, temperierten Perfusionslösung durchströmt. So wird der Metabolismus der Zellen aufrechterhalten und die Ischämiezeit verkürzt. Damit bietet die normotherme MP eine Plattform, um Nieren unter reperfusionsähnlichen Bedingungen zu observieren. Für diese Arbeit wurden die Nieren aus Schlachthofschweinen gewonnen und autologes Vollblut als Perfusionslösung verwendet. Die Perfusion erfolgte mittels einer eigens dafür vom Kooperationspartner (Institut für Biomedizinische Technik) konzipierten Perfusionsmaschine. Es konnte gezeigt werden, dass die Nieren damit stabil für 4 h mit Vollblut perfundiert werden können. Die Level verschiedener Biomarker wurden im Gewebe (Biopsien nach 0 und 4 h Perfusion), Urin (1 h-Sammelurin nach 1, 2 und 4 h Perfusion) und Plasma (nach 0, 1, 2 und 4 h) analysiert. Die Nieren wurden anhand verschiedener Kriterien in jeweils zwei Gruppen (gut und schlecht) eingeteilt. So erfolgte eine direkte Bewertung der Makroskopie nach der Perfusion durch einen anwesenden Arzt. Während diese direkte Bewertung der Situation dem klinischen Alltag ähnelt, ist diese jedoch subjektiver Art. Um diese Subjektivität zu relativieren, wurden die Nieren weiterhin durch mehrere Gutachter nach einem Makroskopischen Score eingeteilt. Dabei zeigte sich teilweise eine große Varianz zwischen den Gutachtern. Neben der Makroskopie wurden die Nieren auch nach ihrer Histologie bewertet. Hierfür wurden diese über den Remuzzi-Score klassifiziert. Dabei zeigte sich, dass die Nieren zum größten Teil sehr gut bewertet wurden und nur wenige Schäden aufzeigten. Da die Tubuli besonders schnell unter Ischämie geschädigt werden, wurden die Nieren insbesondere nach der Tubulus-Atrophie histologisch bewertet. Hierbei konnten häufiger und schneller Schäden an den Nieren beobachtet werden. Auch die Information über die Filtrationsleistung der Niere stellt einen wesentlichen Wissensgewinn dar, ist jedoch nur aufwändig bestimmbar. Mittels Inulin-Clearance-Bestimmung während der MP wurden die Nieren anhand dieser in eingeschränkt und nicht funktionsfähig eingeteilt. Auffällig dabei war, dass die einzelnen Klassifikationen nur eine vergleichsweise geringe Übereinstimmung hatten. Insbesondere die als Inulin-Clearance gemessene Funktionsfähigkeit korrelierte in keiner Weise mit der Makroskopie oder der Histologie. Im Gewebe wurden die Level der Biomarker für oxidativen Stress, 8-OHdG, und für Schäden des Epithels des proximalen Tubulus, KIM-1, mittels IHC untersucht. Der Ischämie-Reperfusionsschaden spiegelte sich hierbei in der Zunahme der Intensität der 8-OHdG-Färbung wider. Es zeigten sich jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den guten und schlechten Nieren. Die immunohistochemische KIM-1-Färbung nahm in histologisch guten Nieren häufiger ab als in histologisch schlechten Nieren. In den anderen Klassifizierungen zeigten sich keine Unterschiede. Aus dem Gewebe wurde die mRNA isoliert und die Expressionslevel mehrerer Biomarker vor und nach der Perfusion analysiert. Die Kim-1-mRNA war nicht nachweisbar. Die mRNA-Level der Marker EDN-1, TLR 4 und IL-6 nahmen im Verlauf der Zeit zu. Bei den meisten Klassifikationen zeigten sich keine Unterschiede zwischen den jeweiligen Gruppen. Einzig in den Nieren, welche nach dem Remuzzi-Score eingeteilt wurden, waren die NGAL-mRNA-Level in den schlechten Nieren signifikant höher als in den guten. Dieser Unterschied trat jedoch nur bei der 0 h-Probe auf, am Ende der Perfusion war er nicht mehr zu beobachten. Im Urin wurden die Level von IL-6, KIM-1, NAG und NGAL bestimmt. Die Level der vier Biomarker nahmen im Verlauf der Zeit zu. Die jeweiligen Gruppen der verschiedenen Klassifizierungen unterschieden sich in den Urinsammelproben nicht anhand der IL-6-, NAG- und KIM-1-Level. Einzig in den guten und schlechten Nieren nach dem Makroskopischem Score waren die NGAL-Level signifikant unterschiedlich. Dieser Unterschied war nur im Sammelurin der 1 h-Probe nachzuweisen. Die gleichen Biomarker wurden ebenfalls im Plasma untersucht. Auch hier kam es zu einem Anstieg der Level aller Marker im Verlauf der Perfusion. KIM-1 unterschied sich in keiner Klassifikation in den jeweiligen guten und schlechten Nieren. NGAL war hingegen nach 1 h in Nieren, die nach dem Makroskopischen Score als schlecht beurteilt wurden, signifikant höher als in Nieren, die nach dem Score als gut eingeteilt wurden. In Nieren, welche von dem anwesenden Arzt als nicht transplantabel bewertet wurden, waren die Level von IL-6 und NAG in der 4 h-Plasmaprobe signifikant höher als in potentiell transplantablen Nieren. Dies weist darauf hin, dass die Plasma-basierten Marker IL-6 und NAG nach 4 h robust makroskopisch schlechte und gute Nieren differenzieren konnten. Dahingegen zeigte sich ein Unterschied in den NGAL-Leveln frühzeitig, aber nicht robust. Es konnte noch kein Marker gefunden werden, der frühzeitig und robust zwischen den jeweils stärker und schwächer geschädigten Nieren unterscheiden konnte. Trotzdem könnten sie nach einer Validierung dafür geeignet sein, in einem experimentellen Setting als Parameter dienen zu können, die die Qualität einer Niere unter NMP bewerten können. Weitere Biomarker, welche prädikativ für die Funktionalität oder Histologie des Organs sind, müssen in zukünftigen Versuchen evaluiert werden.:Inhaltsverzeichnis I Abkürzungen V 1 Einleitung 1 1.1 Die Niere 1 1.1.1 Aufgaben und Funktion der Niere 1 1.1.2 Das Nephron 1 1.2 Ausfall der Nierenfunktion 3 1.2.1 Akutes Nierenversagen 3 1.2.2 Chronische Niereninsuffizienz 4 1.3 Nierenersatztherapie 5 1.3.1 Die Dialyse 5 1.3.2 Leben unter Dialyse 5 1.4 Die Nierentransplantation 6 1.4.1 Aktueller Stand der Nierentransplantation in Deutschland 6 1.4.2 Allokation in der Eurotransplant-Region 7 1.4.3 Spendernieren 8 1.4.4 Transplantatfunktion 9 1.5 Ischämie und Reperfusion 11 1.5.1 Warme Ischämiezeit 11 1.5.2 Kalte Ischämiezeit 12 1.5.3 Ischämie-Reperfusionsschaden 12 1.6 Organkonservierung 14 1.6.1 Static cold storage 14 1.6.2 Hypotherme Maschinenperfusion 15 1.6.3 Normotherme Maschinenperfusion 15 1.6.4 Perfusionsgeräte 16 1.6.5 Die Maschinenperfusion als Bewertungstool 18 1.7 Biomarker 19 1.7.1 8-Hydroxyl-Desoxyguanosin 19 1.7.2 Endothelin-1 20 1.7.3 Toll-like receptor-4 20 1.7.4 Interleukin-6 21 1.7.5 Kidney injury molecule 1 22 1.7.6 N-Acetyl-/β-glucosaminidase 22 1.7.7 Neutrophile Gelatinase-assoziiertes Lipocalin 23 2 Zielstellung der Arbeit 24 3 Material 25 3.1 Geräte 25 3.2 Verbrauchsmaterial 26 3.3 Software 27 3.4 Chemikalien und Reagenzien 27 3.5 Kits 28 3.6 Medien, Puffer und Lösungen 29 3.7 qPCR-Assays 30 3.8 Antikörper 31 4 Methoden 32 4.1 Normotherme Maschinenperfusion 32 4.1.1 Nieren- und Vollblutentnahme bei Schlachthof-Tieren 32 4.1.2 Lagerung und Transport 33 4.1.3 Vorbereiten der Nieren 33 4.1.4 Vorbereiten des Perfusionskreislaufes 34 4.1.5 Nierenperfusion 38 4.1.6 Probenentnahme 40 4.2 Histologische Färbungen von Biopsien 42 4.2.1 Einbetten der Biopsien und Anfertigung von Schnitten 42 4.2.2 Hämalaun-Eosin-Färbung 44 4.2.3 Etablierung eines geeigneten IHC-Färbeprotokolls 45 4.2.4 Immunohistochemische Färbungen 46 4.2.5 Mikroskopie 47 4.2.6 Semi-quantitative Auswertung der Färbungen 48 4.3 RNA-Isolation aus Biopsien 48 4.3.1 Gewebeaufschluss der Biopsien 48 4.3.2 RNA-Aufreinigung mittels RNAeasy lipid tissue-Kit 48 4.4 RNA-Konzentrationsbestimmung 50 4.4.1 RNA-Konzentrationsbestimmung über Spektralphotometrie 50 4.4.2 Prüfen der RNA-Qualität mittels automatisierter Elektrophorese 50 4.5 cDNA-Synthese aus RNA mittels Superskript III Reverse Transkriptase 51 4.6 Real Time quantitative PCR 52 4.7 Quantifizierung der Markerkonzentration mittels ELISA 53 4.7.1 Prinzip des ELISA 53 4.7.2 Interleukin-6-ELISA 55 4.7.3 KIM-1-ELISA und NAG-ELISA 55 4.7.4 NGAL-ELISA 56 4.8 Gesamtprotein-Bestimmung mittels BCA-Assay 56 4.9 Bestimmung der Inulin-Clearance 57 4.10 Nierenklassifikation 61 4.10.1 Direkte makroskopische Bewertung 61 4.10.2 Bewertung nach dem Makroskopischen Score 61 4.10.3 Bewertung nach Remuzzi-Score 62 4.10.4 Bewertung nach Tubuli-Atrophie 63 4.10.5 Bewertung nach Funktionalität 64 4.11 Sequenzen und Alignments 64 4.12 Statistik 65 4.12.1 Signifikanzberechnungen 65 4.12.2 Receiver operated characteristic-Kurven 65 5 Ergebnisse 66 5.1 Ergebnisse der Methodenetablierung 66 5.1.1 Immunohistochemie 66 5.1.2 Eine gute RNA-Aufarbeitung kann allein durch Mörsern der Biopsie erreicht werden 71 5.1.3 GAPDH und RPL19 sind als Referenzgene für die qPCR geeignet 73 5.2 Ergebnisse der Klassifikation der Nieren 74 5.2.1 Die Nieren wurden anhand verschiedener Merkmale in fünf Gruppen eingeteilt 74 5.2.2 Die Übereinstimmung zwischen direkter Bewertung, Makroskopischem Score und Remuzzi-Score ist nicht hoch 75 5.2.3 Die Filtrationsleistung ist nicht mit den makroskopischen Bewertungen assoziiert 77 5.3 Analyse der mRNA-Level der potentiellen Biomarker im Gewebe von perfundierten Nieren 79 5.3.1 EDN-1-mRNA-Expression vor und nach 4 h NMP 79 5.3.2 TLR-4-mRNA-Expression vor und nach 4 h NMP 81 5.3.3 IL-6-mRNA-Expression vor und nach 4 h NMP 83 5.3.4 KIM-1-mRNA-Expression vor und nach 4 h NMP 85 5.3.5 NGAL-mRNA-Expression vor und nach 4 h NMP 85 5.4 Auswertung der histologischen und immunohistochemischen Färbungen 87 5.4.1 Leichte Zunahme des Remuzzi-Scores über die Zeit 87 5.4.2 In histologisch wenig geschädigten Nieren kommt es häufiger zu einer Abnahme der KIM-1-Färbung 88 5.4.3 Der 8-OHdG-Gehalt steigt im Verlauf der Zeit an 88 5.5 Analyse der potentiellen Biomarker im Urin im Verlauf der NMP 89 5.5.1 IL-6-Konzentrationsverlauf im Urin während der NMP 90 5.5.2 KIM-1-Konzentrationsverlauf im Urin während der NMP 91 5.5.3 NAG-Aktivitätsverlauf im Urin während der NMP 93 5.5.4 NGAL-Konzentrationsverlauf im Urin während der NMP 94 5.6 Analyse der potentiellen Biomarker im Plasma im Verlauf der NMP 96 5.6.1 IL-6-Konzentrationsverlauf im Plasma während der NMP 96 5.6.2 KIM-1-Konzentrationsverlauf im Plasma während der NMP 96 5.6.3 NAG-Aktivitätsverlauf im Plasma während der NMP 98 5.6.4 NGAL-Konzentrationsverlauf im Plasma während der NMP 100 5.7 ROC-Analysen der statistisch signifikanten Biomarker 101 6 Diskussion 104 6.1 Evaluation der Methodenetablierung 104 6.1.1 Kritische Betrachtung der Nutzbarkeit der Immunohistochemie 104 6.1.2 Wahl der Methodik für eine maximale RNA-Ausbeute 105 6.2 Das Modell „Schlachthofschwein“ 105 6.3 Setting der Maschinenperfusion im Vergleich zur Literatur 106 6.4 Vergleich der verschiedenen Klassifikationen 107 6.5 Evaluation der Biomarker auf ihre Eignung 108 6.5.1 8-OHdG als Biomarker für oxidative Schäden in der NMP 108 6.5.2 Endothelin-1 als Biomarker für die Endothelaktivierung in der NMP 110 6.5.3 TLR-4 als Biomarker für die Aktivierung der Immunantwort in der NMP 111 6.5.4 IL-6 als Biomarker für die akute Phase in der NMP 112 6.5.5 NAG als Biomarker für Zellschäden in der NMP 114 6.5.6 KIM-1 als Biomarker für Schäden am proximalen Tubulus in der NMP 116 6.5.7 NGAL als Biomarker für Schäden am proximalen Tubulus in der NMP 119 6.6 Kritische Betrachtung der Faktoren, welche die Aussagekraft einschränken können 121 6.7 Andere Parameter zur Vorhersage der Nierenqualität 122 6.8 Aussichten auf einen Bewertungsscore und Zukunft der NMP 122 7 Zusammenfassung 124 8 Summary 127 9 Literatur 129 Danksagung 160 Eigenständigkeitserklärung 161 Erklärung zur Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben 162 Anhang 163 10.1 Abbildungsverzeichnis 163 10.2 Tabellenverzeichnis 164

Thesis (MScMedSc (Biomedical Sciences. Medical Physiology))--Stellenbosch University, 2008. / Background and purpose. To limit ischaemic injury, rapid restoration of coronary blood flow is required, which will in turn reduce infarct size. However, reperfusion itself causes myocyte death – a phenomenon termed lethal reperfusion-induced injury, which limits protection of the ischaemic myocardium. Thus the reperfusion of irreversibly damaged myocytes may accelerate the process of cell necrosis. Additive protection of the ischaemic myocardium in the form of adjunct therapy remains a topic of intensive research. Levosimendan, a calcium sensitizing agent with positive inotropic effects has in several studies been found to alleviate the damaging effects of reperfusion injury. Levosimendan has been shown to be a KATP channel opener. These channels have been implicated to play an important role in ischaemic preconditioning (IPC). With this knowledge, the aim of this study was to determine whether levosimendan and IPC have certain cardioprotective mechanisms in common and whether protection with pharmacological preconditioning could be elicited with levosimendan. In this study, we investigated whether: 1) the isolated guinea pig heart could be protected by ischaemic preconditioning (IPC) and postconditioning (IPostC), 2) the heart could be pharmacologically pre- and postconditioned, using levosimendan (LPC & LPostC), 3) a combination of IPC & LPC had an additive protective effect on the heart, 4) the KATP (both mitochondrial and sarcolemmal) channels are involved in this protection and 5) the pro-survival kinases of the RISK (reperfusion injury salvage kinase) pathway are involved. Experimental approach. Isolated perfused guinea pig hearts were subjected to three different IPC protocols (1x5, 2x5 and 3x5 minutes of ischaemia) or levosimendan (0.1μM) preconditioning, before coronary artery occlusion (CAO – 40min@36.5ºC), followed by 30 minutes of reperfusion. Hearts were also subjected to a combination of IPC & LPC, to establish whether they had additive protective effects. In addition, hearts were pre-treated with levosimendan directly before induction of sustained ischaemia (without washout of the drug – levosimendan pre-treatment (LPT)) for 10min. With the postconditioning protocol, iii the hearts were subjected to 3x30second cycles of ischaemia/reperfusion or levosimendan/vehicle. In a separate series of experiments, hearts were treated with KATP channel blockers (for both sarcolemmal & mitochondrial), before LPC, LPT and LPostC. The endpoints that were measured were: cardiac reperfusion function, myocardial infarct size and RISK pathway expression and phosphorylation (PKB/Akt and extracellular signal-regulated kinase – ERK42/44). Results. IPC, IPostC, LPC & LPostC decreased myocardial infarct size significantly compared with their controls (21.9±2.2%, 21.4±2.2%, 20.6±3.1% and 20.6±1.8% respectively vs. 46.4±1.8% for controls, p<0.05). The combination of IPC & LPC had no additive protective effect. Pre-treating the hearts with levosimendan (without washout), before index ischaemia, proved to be the most effective method of cardioprotection (infarct size: 5.8±0.9% vs. 46.4±1.8% for controls, p<0.001). With LPT a significant increase (p < 0.05 vs. control) in phosphorylation of ER42/44 was also observed. An increase in the activity of one of the RISK pathway kinases, ERK42/44 seems to be one of the reasons for LPT’s efficacy. Treating the hearts with KATP channel blockers before subjecting them to LPC, LPT & LPostC abolished the protective effects induced by levosimendan, suggesting a role for the sarcolemmal and mitochondrial KATP channels in levosimendan-induced cardioprotection. Conclusions and implications. 1) Isolated guinea pig hearts could be pre- and postconditioned within the setting of ischaemia, 2) Hearts could be pharmacologically pre- and postconditioned with levosimendan, 3) levosimendan pre-treatment is the most effective way to reduce infarct size, possibly acting by increasing the phosphorylation of ERK42/44, 4) Myocardial protection was not increased by combining IPC & LPC (suggesting similar mechanisms of protection), 5) LPC, LPT and LPostC were abolished by both sarcolemmal and mitochondrial KATP channel blockers. .LPC and especially LPT, could be useful before elective cardiac surgery while LPostC may be considered after acute coronary artery events.