Zugl.: Düsseldorf, Universiẗat, Diss., 2009.

Der Schlaganfall stellt die häufigste Ursache für dauerhafte körperliche Behinderungen im Erwachsenenalter dar. Derzeit steht aufgrund des engen therapeutischen Zeitfensters lediglich für 10% aller Schlaganfallpatienten die kausale Thrombolysetherapie zur Eröffnung des verschlossenen Blutgefäßes zur Verfügung. Eine vielversprechende Therapieoption stellen humane Nabelschnurblutzellen dar, deren Effektivität bisher ausschließlich bei jungen und meist gesunden Tieren nachgewiesen wurde. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Wirksamkeit intravenös applizierter, kryokonservierter mononukleärer Zellen des humanen Nabelschnurblutes auf die Entwicklung eines experimentellen Schlaganfalles in jungen und alten hypertensiven Ratten. Die sensomotorische Regeneration der Tiere wurde anhand der BeamWalk- und mNSS-Tests untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde außerdem der LadderRung Walking-Test etabliert. Parallel durchgeführte MRT-Untersuchungen dienten zur Analyse des Infarktvolumens. Nach Ablauf des 64-tägigen Beobachtungszeitraumes wurde die Proliferationsaktivität von Astrozyten im Randbereich des Infarktes überprüft. Die Auswertungen sensomotorischer Fähigkeiten, der Infarktvolumina und der Zellproliferation ergaben keine signifikanten Unterschiede zwischen Therapie- und Kontrollgruppe beider Altersstufen. Junge und alte Ratten entwickelten vergleichbare Infarktvolumina und wiesen ähnliche motorische Fähigkeiten auf. Ein erhöhtes Alter der Versuchstiere war darüber hinaus mit methodischen Problemen behaftet, was die sensomotorische Funktionalitätsprüfung alter Tiere eingeschränkte und eine histopathologische Auswertung ausschloss.

Ulm, Univ., Diss., 2000.

Thesis (doctoral)--Technische Hochschule, Aachen, 1999.

Zugl.: Edinburgh, University of Edinburgh, Diss., 2005 / Hergestellt on demand

Der Schlaganfall gehört weltweit zu den häufigsten Todesursachen und ist die Hauptursache von Langzeitbehinderungen im Erwachsenenalter. Die derzeitige Behandlung des Apoplex besteht aus der Lysetherapie mit Alteplase. Diese ist jedoch nur zeitlich beschränkt einsetzbar und birgt Risiken. Neue Behandlungsansätze zur Heilung des Schlaganfalles, wie zum Bespiel medikamentöse Neuroprotektiva oder Zelltherapien, zeigten vielversprechende Ergebnisse in diversen, präklinischen Studien. Dennoch konnte sich bisher keines dieser Therapieverfahren in der Klinik durchsetzen. Die vorliegende Studie überprüft die Wirksamkeit einer heterogenen Zellpopulation aus dem Fettgewebe spontanhypertensiver Ratten nach syngener Transplantation. Aufgrund der einfachen Zellgewinnung stellt das Fettgewebe eine neue, vielsprechende Alternative für die Schlaganfalltherapie dar. In der aktuellen Studie wurden 64 spontanhypertensive Ratten in den Versuch eingeschlossen, von denen 32 Tiere einem experimentell ausgelösten Schlaganfall durch Okklusion der mittleren Zerebralarterie unterzogen worden sind. Zur funktionellen Überwachung neurologischer Defizite wurden verschiedene Verhaltenstests durchgeführt und die Tiere in einem Zeitraum von 86 Tagen beobachtet. Als bildgebende Diagnostik wurde die Magnetresonanztomographie eingesetzt. Sowohl in den Verhaltenstests als auch im MRT zeigte die heterogene Fettgewebspopulation keinen therapeutischen Effekt. Die Arbeit diskutiert mögliche Ursachen dieses Ergebnisses und geht dabei auf wesentliche pathophysiologische Aspekte des Schlaganfalls, auf die angewandte Methodik, sowie die Zellpopulation an sich detailliert ein.:Inhaltsverzeichnis BIBLIOGRAFISCHE BESCHREIBUNG I ABBILDUNGSVERZEICHNIS II TABELLENVERZEICHNIS III ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS IV 1. EINLEITUNG 1 1.1. DER SCHLAGANFALL 1 1.2. STAMMZELLEN 9 1.3. ADIPOSE TISSUE DERIVED CELLS (ADC) 13 1.4. STAIR-KRITERIEN 14 1.5. FRAGESTELLUNG DER DISSERTATION 15 2. MATERIAL UND METHODEN 17 2.1. MATERIALLISTE 17 2.2. STUDIENDESIGN 20 2.3. EIN- UND AUSSCHLUSSKRITERIEN 21 2.4. VERSUCHSABLAUF 22 2.5. VERSUCHSTIERE 22 2.6. FETTGEWEBSENTNAHME 23 2.7. ISOLATION 23 2.8. SCHLAGANFALL 27 2.9. TRANSPLANTATION 29 2.10.VERHALTENSTESTS 30 2.11. MAGNETRESONANZTOMOGRAPHIE 33 2.12. TÖTUNG UND PERFUSION 36 2.13. STATISTIK 36 3. ERGEBNISSE 37 3.1. PILOTVERSUCH DER ZELLISOLIERUNG 37 3.2. AUSSCHLUSSKRITERIEN UND AUSWIRKUNGEN AUF DIE VERSUCHSTIERZAHL 39 3.3. ERGEBNISSE DES EXPERIMENTELLEN SCHLAGANFALLES 40 3.4. ZELLISOLIERUNG 41 3.5. ERGEBNIS DER TRANSPLANTATION 42 3.6. ERGEBNISSE DER VERHALTENSTESTS 43 3.7. ERGEBNISSE DER MRT-MESSUNGEN 46 4. DISKUSSION 49 4.1. METHODENDISKUSSION 49 4.2. THERAPEUTISCHE WIRKSAMKEIT VON ADC 53 4.3. STUDIENQUALITÄT 57 4.4. BEANTWORTUNG DER FRAGEN AN DIE ARBEIT 58 4.5. AUSBLICK 59 ZUSAMMENFASSUNG VI LITERATURVERZEICHNIS VIII ERKLÄRUNG AUF DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT XIII LEBENSLAUF XIV DANKSAGUNGEN XVI

It is the aim of this thesis to present a visual body weight estimation, which is suitable for medical applications. A typical scenario where the estimation of the body weight is essential, is the emergency treatment of stroke patients: In case of an ischemic stroke, the patient has to receive a body weight adapted drug, to solve a blood clot in a vessel. The accuracy of the estimated weight influences the outcome of the therapy directly. However, the treatment has to start as early as possible after the arrival at a trauma room, to provide sufficient treatment. Weighing a patient takes time, and the patient has to be moved. Furthermore, patients are often not able to communicate a value for their body weight due to their stroke symptoms. Therefore, it is state of the art that physicians guess the body weight. A patient receiving a too low dose has an increased risk that the blood clot does not dissolve and brain tissue is permanently damaged. Today, about one-third gets an insufficient dosage. In contrast to that, an overdose can cause bleedings and further complications. Physicians are aware of this issue, but a reliable alternative is missing. The thesis presents state-of-the-art principles and devices for the measurement and estimation of body weight in the context of medical applications. While scales are common and available at a hospital, the process of weighing takes too long and can hardly be integrated into the process of stroke treatment. Sensor systems and algorithms are presented in the section for related work and provide an overview of different approaches. The here presented system -- called Libra3D -- consists of a computer installed in a real trauma room, as well as visual sensors integrated into the ceiling. For the estimation of the body weight, the patient is on a stretcher which is placed in the field of view of the sensors. The three sensors -- two RGB-D and a thermal camera -- are calibrated intrinsically and extrinsically. Also, algorithms for sensor fusion are presented to align the data from all sensors which is the base for a reliable segmentation of the patient. A combination of state-of-the-art image and point cloud algorithms is used to localize the patient on the stretcher. The challenges in the scenario with the patient on the bed is the dynamic environment, including other people or medical devices in the field of view. After the successful segmentation, a set of hand-crafted features is extracted from the patient's point cloud. These features rely on geometric and statistical values and provide a robust input to a subsequent machine learning approach. The final estimation is done with a previously trained artificial neural network. The experiment section offers different configurations of the previously extracted feature vector. Additionally, the here presented approach is compared to state-of-the-art methods; the patient's own assessment, the physician's guess, and an anthropometric estimation. Besides the patient's own estimation, Libra3D outperforms all state-of-the-art estimation methods: 95 percent of all patients are estimated with a relative error of less than 10 percent to ground truth body weight. It takes only a minimal amount of time for the measurement, and the approach can easily be integrated into the treatment of stroke patients, while physicians are not hindered. Furthermore, the section for experiments demonstrates two additional applications: The extracted features can also be used to estimate the body weight of people standing, or even walking in front of a 3D camera. Also, it is possible to determine or classify the BMI of a subject on a stretcher. A potential application for this approach is the reduction of the radiation dose of patients being exposed to X-rays during a CT examination. During the time of this thesis, several data sets were recorded. These data sets contain the ground truth body weight, as well as the data from the sensors. They are available for the collaboration in the field of body weight estimation for medical applications. / Diese Arbeit zeigt eine optische Körpergewichtsschätzung, welche für medizinische Anwendungen geeignet ist. Ein gängiges Szenario, in dem eine Gewichtsschätzung benötigt wird, ist die Notfallbehandlung von Schlaganfallpatienten: Falls ein ischämischer Schlaganfall vorliegt, erhält der Patient ein auf das Körpergewicht abgestimmtes Medikament, um einen Thrombus in einem Gefäß aufzulösen. Die Genauigkeit der Gewichtsschätzung hat direkten Einfluss auf den Erfolg der Behandlung. Hinzu kommt, dass die Behandlung so schnell wie möglich nach der Ankunft im Krankenhaus erfolgen muss, um eine erfolgreiche Behandlung zu garantieren. Das Wiegen eines Patienten ist zeitaufwändig und der Patient müsste hierfür bewegt werden. Des Weiteren können viele Patienten aufgrund des Schlaganfalls nicht ihr eigenes Gewicht mitteilen. Daher ist es heutzutage üblich, dass Ärzte das Gewicht schätzen. Erhält ein Patient eine zu geringe Dosis, steigt das Risiko, dass sich der Thrombus nicht auflöst und das Gehirngewebe dauerhaft geschädigt bleibt. Eine Überdosis kann dagegen zu Blutungen und weiteren Komplikationen führen. Ein Drittel der Patienten erhält heutzutage eine unzureichende Dosis. Ärzte sind sich dessen bewusst, aber derzeit gibt es kein alternatives Vorgehen. Diese Arbeit präsentiert Elemente und Geräte zur Messung und Schätzung des Körpergewichts, die im medizinischen Umfeld verwendet werden. Zwar sind Waagen im Krankenhaus üblich, aufgrund des engen Zeitfensters für die Behandlung können sie aber nur schlecht in den Behandlungsablauf von Schlaganfallpatienten integriert werden. Der Abschnitt zum Stand der Technik zeigt verschiedene Sensorsysteme und Algorithmen. Das hier gezeigte System -- genannt Libra3D -- besteht aus einem Computer im Behandlungsraum, sowie den in der Decke integrierten optischen Sensoren. Für die Gewichtsschätzung befindet sich der Patient auf einer Liege im Blickfeld der Sensoren. Die drei Sensoren -- zwei RGB-D- und einer Wärmebildkamera -- sind intrinsisch und extrinsisch kalibriert. Des Weiteren werden Algorithmen zur Sensorfusion vorgestellt, welche die Daten für eine erfolgreiche Segmentierung des Patienten zusammenführen. Eine Kombination aus verschiedenen gängigen Bildverarbeitungs- und Punktwolken-Algorithmen lokalisiert den Patienten auf der Liege. Die Herausforderung in diesem Szenario mit dem Patienten auf dem Bett sind ständige Veränderungen, darunter auch andere Personen oder medizinische Geräte im Sichtfeld. Nach der erfolgreichen Segmentierung werden Merkmale von der Punktwolke des Patienten extrahiert. Diese Merkmale beruhen auf geometrischen und statistischen Eigenschaften und bieten robuste Werte für das nachfolgende maschinelle Lernverfahren. Die Schätzung des Gewichts basiert letztlich auf einem zuvor trainierten künstlichen neuronalen Netz. Das Kapitel zu den Experimenten zeigt verschiedene Kombinationen von Werten aus dem Merkmalsvektor. Zusätzlich wird der Ansatz mit Methoden aus dem Stand der Technik verglichen: der Schätzung des Patienten, des Arztes, und einer anthropometrischen Schätzung. Bis auf die eigene Schätzung des Patienten übertrifft Libra3D hierbei alle anderen Methoden: 95 Prozent aller Schätzungen weisen einen relativen Fehler von weniger als 10 Prozent zum realen Körpergewicht auf. Dabei benötigt das System wenig Zeit für eine Messung und kann einfach in den Behandlungsablauf von Schlaganfallpatienten integriert werden, ohne Ärzte zu behindern. Des Weiteren zeigt der Abschnitt für Experimente zwei weitere Anwendungen: Die extrahierten Merkmale können dazu verwendet werden das Gewicht von stehenden und auch laufenden Personen zu schätzen, die sich vor einer 3D-Kamera befinden. Darüber hinaus ist es auch möglich den BMI von Patienten auf einer Liege zu bestimmen. Diese kann die Strahlenexposition bei CT-Untersuchungen beispielsweise verringern. Während dieser Dissertation sind einige Datensätze entstanden. Sie enthalten das reale Gewicht, sowie die dazugehörigen Sensordaten. Die Datensätze sind für die Zusammenarbeit im Bereich der Körpergewichtsschätzung für medizinische Anwendungen verfügbar.

Every year, stroke affects over 100 million people worldwide and the number of cases continues to grow. Ischemic stroke is the most prevalent form of stroke and rapid restoration of blood flow is the primary therapeutic aim. However, recanalization might fail or reperfusion itself induces detrimental processes leading to infarct progression. Previous studies identified platelets and immune cells as drivers of this so-called ischemia/reperfusion (I/R) injury, establishing the concept of ischemic stroke as thrombo-inflammatory disease. Reduced cerebral blood flow despite recanalization promoted the hypothesis that thrombus formation within the cerebral microcirculation induces further tissue damage. The results presented in this thesis refute this: using complementary methodologies, it was shown that infarct growth precedes the occurrence of thrombi excluding them as I/R injury-underlying cause. Blood brain barrier disruption is one of the hallmarks of ischemic stroke pathology and was confirmed as early event during reperfusion injury in the second part of this study. Abolished platelet α-granule release protects mice from vascular leakage in the early reperfusion phase resulting in smaller infarcts. Using in vitro assays, platelet α-granule-derived PDGF-AB was identified as one factor contributing to blood-brain barrier disruption. In vivo visualization of platelet activation would provide important insights in the spatio-temporal context of platelet activation in stroke pathology. As platelet signaling results in elevated intracellular Ca2+ levels, this is an ideal readout. To overcome the limitations of chemical calcium indicators, a mouse line expressing an endogenous calcium reporter specifically in platelets and megakaryocytes was generated. Presence of the reporter did not interfere with platelet function, consequently these mice were characterized in in vivo and ex vivo models. Upon ischemic stroke, neutrophils are among the first cells that are recruited to the brain. Since for neutrophils both, beneficial and detrimental effects are described, their role was investigated within this thesis. Neither neutrophil depletion nor absence of NADPH-dependent ROS production (Ncf-/- mice) affected stroke outcome. In contrast, abolished NET-formation in Pad4-/- mice resulted in reduced infarct sizes, revealing detrimental effects of NETosis in the context of ischemic stroke, which might become a potential therapeutic target. Cerebral venous (sinus) thrombosis, CV(S)T is a rare type of stroke with mainly idiopathic onset. Whereas for arterial thrombosis a critical contribution of platelets is known and widely accepted, for venous thrombosis this is less clear but considered more and more. In the last part of this thesis, it was shown that fab-fragments of the anti-CLEC-2 antibody INU1 trigger pathological platelet activation in vivo, resulting in foudroyant CVT accompanied by heavy neurological symptoms. Using this novel animal model for CVT, cooperative signaling of the two platelet receptors CLEC-2 and GPIIb/IIIa was revealed as major trigger of CVT and potential target for treatment. / Jährlich sind weltweit über 100 Millionen Menschen von einem Schlaganfall betroffen, wobei die Zahl der Fälle weiter zunimmt. Der ischämische Schlaganfall ist die häufigste Form des Schlaganfalls, und die sofortige Wiederherstellung des Blutflusses ist das oberste Therapie¬ziel. Allerdings kommt es vor, dass die Rekanalisierung des betroffenen Gefäßes fehlschlägt oder die Reperfusion selbst zu schädlichen Prozessen führt, die das Fortschreiten des Infarkts begünstigen. In vorangegangen Studien wurden Thrombozyten und Immunzellen als treibende Kräfte dieser so genannten Ischämie/Reperfusion (I/R)-Schädigung identifiziert und der ischämische Schlaganfall als thrombo-inflammatorische Erkrankung definiert. Eine verminderte zerebrale Durchblutung trotz Rekanalisation führte zu der Hypothese, dass die Bildung von Thromben in der zerebralen Mikrozirkulation zu weiteren Gewebeschäden führt. Die hier vorgestellten Ergebnisse widerlegen dies: Mit Hilfe komplementärer Methoden konnte gezeigt werden, dass das Infarktwachstum dem Auftreten von Thromben vorausgeht, was diese als Ursache für die I/R-Verletzung ausschließt. Die Störung der Blut-Hirn-Schranke ist eines der charakteristischen Kennzeichen der Pathologie des ischämischen Schlaganfalls und wurde im zweiten Teil dieser Studie als frühes Ereignis während des Reperfusionsschadens bestätigt. Mit Hilfe transgener Mäuse konnte gezeigt werden, dass die Ausschüttung von α-Granula aus Thrombozyten in der frühen Reperfusionsphase an Störungen der Blut-Hirn-Schranke beteiligt ist und somit zum Infarktwachstum beiträgt. In in-vitro-Versuchen konnte gezeigt werden, dass PDGF-AB, ein Bestandteil der α-Granula, an Prozessen, die für die Beeinträchtigung der Blut-Hirn-Schranke verantwortlich sind, beteiligt ist. Die Sichtbarmachung von aktivierten Thrombozyten in vivo, würde wichtige Erkenntnisse über den räumlichen und zeitlichen Kontext der Aktivierung von Thrombozyten im Verlauf des Schlaganfalls liefern. Da alle aktivierenden Signalwege zum Anstieg des intrazellulären Kalziumspiegels führen, ist Kalzium ein idealer Indikator der Thrombozytenaktivierung. Um die Grenzen chemischer Kalziumindikatoren zu überwinden, wurde eine transgene Mauslinie erzeugt, welche einen endogenen Kalziumreporter speziell in Thrombozyten und Megakaryozyten exprimiert. Die Anwesenheit des Reporters hatte keine Auswirkung auf die Funktionalität der Thrombozyten und die Mäuse wurden in vivo sowie ex vivo in verschiedenen Experimenten charakterisiert. In der Folge eines ischämischen Schlaganfalles gehören Neutrophile zu den am frühesten ins Gehirn einwandernden Zellen. Dabei werden Neutrophilen sowohl günstige als auch schädliche Wirkungen auf den Verlauf des ischämischen Schlaganfalls zugeschrieben. Aus diesem Grund wurde ihre Rolle in dieser Arbeit näher untersucht. Weder die Abwesenheit von Neutrophilen noch das Fehlen der NADPH-abhängigen Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (Ncf1-/- Mäuse) beeinflussen den Ausgang eines Schlaganfalls. Im Gegensatz dazu, führte die Verhinderung der NET-Bildung (NET = neutrophil extracellular traps) in Pad4-/- Mäusen zu verringerten Infarktgrößen, was auf eine schädliche Wirkung der NETose im Zusammenhang des Schlaganfalls hinweist und somit ein therapeutisches Angriffsziel darstellen könnte. Sinusvenenthrombosen sind eine seltene Form des Schlaganfalls, die meist ohne bekannte Ursache auftreten. Während für die arterielle Thrombose ein kritischer Beitrag der Thrombozyten bekannt und weithin akzeptiert ist, ist dies für venöse Thrombosen weniger klar, wird aber immer mehr in Betracht gezogen. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Fab-Fragmente des anti-CLEC-2-Antikörpers INU1 in vivo eine pathologische Aktivierung von Thrombozyten auslösen, die zu einer fulminanten Sinusvenenthrombose mit schweren neurologischen Symptomen führt. Mit Hilfe dieses neuartigen Tiermodells wurde die zusammenwirkende Signalübertragung der beiden Thrombozytenrezeptoren CLEC-2 und GPIIb/IIIa als Hauptauslöser der Sinusvenenthrombose und damit potenzielles Ziel für eine Behandlung identifiziert.

Objective: A malignant profile of early brain ischemia has been demonstrated in the Diffusion and Perfusion Imaging Evaluation for Understanding Stroke Evolution (DEFUSE) trial. Patients with a malignant profile had a low chance for an independent functional outcome despite thrombolysis within 3–6 h. We sought to determine whether CT angiography (CTA) could identify a malignant imaging profile within 3 h from symptom onset. Methods: We studied consecutive patients (04/02–09/07) with anterior circulation stroke who received CTA before intravenous thrombolysis within 3 h. We assessed the Alberta Stroke Program Early CT Score (ASPECTS) on CTA source images (CTASI). Intracranial thrombus burden on CTA was assessed with a novel 10-point clot burden score (CBS). We analyzed percentages independent (modified Rankin Scale score ≤2) and fatal outcome at 3 months and parenchymal hematoma rates across categorized combined CTASI-ASPECTS + CBS score groups where 20 is best and 0 is worst. Results: We identified 114 patients (median age 73 years [interquartile range 61–80], onset-to-tPA time 129 min [95–152]). Among 24 patients (21%) with extensive hypoattenuation on CTASI and extensive thrombus burden (combined score ≤10), only 4% (1/24) were functionally independent whereas mortality was 50% (12/24). In contrast, 57% (51/90) of patients with less affected scores (combined score 11–20) were functionally independent and mortality was 10% (9/90; p < 0.001). Parenchymal hematoma rates were 30% (7/23) vs. 8% (7/88), respectively (p = 0.008). Conclusion: CTA identifies a large hyperacute stroke population with high mortality and low likelihood for independent functional outcome despite early thrombolysis. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

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