Neuropathic pain, caused by neuronal damage, is a severely impairing mostly chronic condition. Its underlying molecular mechanisms have not yet been thoroughly understood in their variety. In this doctoral thesis, I investigated the role of microRNAs (miRNAs) in a murine model of peripheral neuropathic pain. MiRNAs are small, non-coding RNAs known to play a crucial role in post-transcriptional gene regulation, mainly in cell proliferation and differentiation. Initially, expression patterns in affected dorsal root ganglia (DRG) at different time points after setting a peripheral nerve lesion were studied. DRG showed an increasingly differential expression pattern over the course of one week. Interestingly, a similar effect, albeit to a smaller extent, was observed in corresponding contralateral ganglia. Five miRNA (miR-124, miR-137, miR-183, miR-27b, and miR-505) were further analysed. qPCR, in situ hybridization, and bioinformatical analysis point towards a role for miR-137 and -183 in neuropathic pain as both were downregulated. Furthermore, miR-137 is shown to be specific for non-peptidergic non-myelinated nociceptors (C fibres) in DRG. As the ganglia consist of highly heterocellular tissue, I also developed a neuron-specific approach. Primarily damaged neurons were separated from intact adjacent neurons using fluorescence-activated cell-sorting and their gene expression pattern was analysed using a microarray. Thereby, not only were information obtained about mRNA expression in both groups but, by bioinformatical tools, also inferences on miRNA involvement. The general expression pattern was consistent with previous findings. Still, several genes were found differentially expressed that had not been described in this context before. Among these are corticoliberin or cation-regulating proteins like Otopetrin1. Bioinformatical data conformed, in part, to results from whole DRG, e.g. they implied a down-regulation of miR-124, -137, and -183. However, these results were not significant. In summary, I found that a) miRNA expression in DRG is influenced by nerve lesions typical of neuropathic pain and that b) these changes develop simultaneously to over-expression of galanin, a marker for neuronal damage. Furthermore, several miRNAs (miR-183, -137) exhibit distinct expression patterns in whole-DRG as well as in neuron-specific approaches. Therefore, further investigation of their possible role in initiation and maintenance of neuropathic pain seems promising. Finally, the differential expression of genes like Corticoliberin or Otopetrin 1, previously not described in neuropathic pain, has already resulted in follow-up projects. / Neuropathischer Schmerz, d.h. Schmerz durch neuronale Schäden, ist eine stark beeinträchtigendes, oft chronisches Leiden. Die hierfür verantwortlichen molekularen Geschehen sind in ihrer Breite bislang nur unzureichend verstanden. In meiner Promotion habe ich die Rolle von microRNAs (miRNAs) in einem Mäusemodell des peripheren neuropathischen Schmerzes untersucht. MiRNAs sind kleine, nicht kodierende RNAs, die für posttranskriptionelle Genregulation, besonders Zellproliferation und –differenzierung verantwortlich sind. Im Experiment wurde zunächst ihre Expression in den Dorsalganglien geschädigter Nerven analysiert. Hier zeigte sich im Verlauf einer Woche ein zunehmend differentielles Expressionsmuster. Bemerkenswert war ein ähnlicher, wenn auch geringerer Effekt in kontralateralen Ganglien. In einem weiteren Schritt wurden fünf ausgewählte miRNAs (miR-124, miR-137, miR-183, miR-27b und miR-505) weiter analysiert. qPCR, In-situ-Hybridisierung und bioinformatische Untersuchungen deuteten auf Minderexpression von miR-137 und -183 bei neuropathischem Schmerz hin. Weiterhin stellte sich miR-137 als spezifisch für nicht-peptiderge nicht-myelinisierte Nozizeptoren in Dorsalganglien heraus. Da Dorsalganglien aus äußerst heterozellulärem Gewebe bestehen, entwickelte ich im Folgenden einen neuronenspezifischen Ansatz: Primär geschädigte sowie intakte benachbarte Neuronen wurden durch fluoreszenz¬aktivierte Zellsortierung (FACS) selektiert und ihre Genexpression jeweils in einem Microarray analysiert. Hierdurch konnten nicht nur direkte Informationen über mRNA-Expression in beiden Gruppen gewonnen, sondern durch bioinformatische Techniken auch Rückschlüsse auf miRNA-Expression gezogen werden. Das generelle Expressionsmuster entsprach der einschlägigen Literatur, allerdings zeigten sich auch bislang nicht beschriebene Veränderungen. Hierzu gehören Corticoliberin sowie Otopetrin1. Die bioinformatische Analyse bestätigte teilweise die Ergebnisse aus der ersten, ganglienweiten Untersuchung: Sie wiesen auf eine Minderexpression von miR-124, -137 und -183 hin, allerdings waren diese Ergebnisse nicht signifikant. Zusammengefasst zeigte sich, dass sich a) die Expression von miRNA in Dorsalganglien nach neuropathischen Läsionen ändert, und b) diese Veränderungen parallel zum neuropathischen Phänotyp entwickeln. Weiterhin wiesen mehrere miRNAs markante Expressionsmuster sowohl in ganglienweiten wie in neuronenspezifischen Untersuchugen auf. Daher scheint die weitere Untersuchung ihrer Rolle in Entwicklung und Aufrechterhaltung von neuropathischem Schmerz vielversprechend. Schließlich hat die Entdeckung von Expressionsveränderungen bei Genen wie Corticoliberin und Otopetrin1, bislang nicht im Zusammenhang mit neuropathischem Schmerz beschrieben, bereits zu Nachfolgeprojekten geführt.

Diabetische Polyneuropathie ist die häufigste Folgeerkrankung eines Diabetes mellitus. Bei ca. 20 % der betroffenen Patienten tritt eine schmerzhafte Form der Polyneuropathie auf. Eine intakte Blut-Nerven-Barriere hält im Endoneurium ein spezifisches Milieu aufrecht. Die Dichtigkeit der Blut-Nerven-Barriere (BNB) wird durch Tight Junctions im Perineurium und in endoneuralen Kapillaren hergestellt. Eine Öffnung der BNB in Kombination mit einem algetischen Stimulus ist ein wesentlicher Mechanismus neuropathischer Schmerzen in traumatischen Tiermodellen. Über den Stellenwert von Störungen der BNB bei diabetischer Polyneuropathie wird kontrovers diskutiert. Diese Arbeit beleuchtet funktionelle Änderungen der BNB und die Expression wichtiger Tight-Junction-Proteine in einem Modell für schmerzhafte diabetische Polyneuropathie. Nach Genehmigung durch die Regierung von Unterfranken und unter Einhaltung der ARRIVE-Richtlinien wurde eine experimentelle diabetische Polyneuropathie in Wistar-Ratten durch einmalige intravenöse Gabe von Streptozocin (STZ) induziert. Zwei Wochen nach Diabetesinduktion trat eine mechanische Allodynie auf. Nach acht Wochen war eine selektive Öffnung der BNB für die niedermolekulare Verbindung Fluorescein-Natrium (376 Da) in vivo und ex vivo nachweisbar. Für die makromolekulare Testsubstanz Evans blue Albumin (69 kDa) erwies sich die BNB als intakt. Eine verstärkte endoneurale Ansammlung von Makrophagen wurde immunhistochemisch nicht beobachtet. Die Expression wichtiger Tight-Junction-Proteine in ganzem peripherem Nerv, in Spinalganglien und im Rückenmark wies keine signifikanten Änderungen in der quantitativen Echtzeit-PCR auf. Eine selektive Analyse nach Lasermikrodissektion zeigte jedoch eine Minderexpression von Cldn5 in endoneuralen Gefäßen und Cldn1 im Perineurium nach acht Wochen. Bei STZ-induzierter Polyneuropathie tritt somit eine größenselektive Öffnung der BNB auf, die sich zeitlich deutlich nach dem Beginn mechanischer Allodynie manifestiert. Die Öffnung korreliert mit einer Minderexpression von Cldn1 mRNA perineural und von Cldn5 mRNA in endoneuralen Gefäßen. In der multifaktoriellen Pathophysiologie der diabetischen Polyneuropathie kann die Öffnung der BNB als weiterer schädigender Kofaktor betrachtet werden, der zur Aufrechterhaltung neuropathischer Schmerzen beiträgt. / Diabetic polyneuropathy is the most common complication in diabetes mellitus. Quality of life is severely affected if neuropathic pain occurs. An intact blood nerve barrier (BNB) protects nerves and creates an immune-privileged space inside the endoneurium. Build up by tight junction complexes sealing endoneurial endothelial and perineurial cells, the BNB’s most important components are tight junction proteins. An opening of the BNB with a concomitant algetic stimulus is an important mechanism of neuropathic pain. The relevance of vascular changes and BNB derangements in DPN remains a controversial debate. This project aims to further characterize the BNB in a model of painful diabetic neuropathy and evaluate expression levels of important tight junction proteins. All animal experiments were approved by the Regierung von Unterfranken and were conducted according to ARRIVE guidelines. Intravenous injection of STZ in male Wistar rats elicited high blood glucose levels and mechanical allodynia. Using micromolecular sodium fluorescein either intravenously (in vivo) or perineurally (ex vivo) the BNB tightness was decreased at eight weeks resulting in endoneurial accumulation of the tracer. There was no observable change in barrier tightness after application of Evans blue albumin in vivo nor ex vivo. The expression of important sealing tight junction proteins did not differ significantly in whole sciatic nerve, dorsal root ganglion nor spinal cord. Endoneurial macrophage infiltration was not observed. However, laser-assisted microdissection revealed decreased levels of Cldn1 mRNA in perineurium and Cldn5 mRNA in endoneurial vessels after 8 weeks. Differences between the STZ model and traumatic models of neuropathic pain exist regarding the degree of BNB opening and the involvement of immune cells. In STZ-induced neuropathy a size-selective opening of the BNB occurs several weeks after first signs of mechanical allodynia started. Opening of the BNB correlated with an expression decrease of important tight junction proteins. Despite the time lapse an opening of the BNB could be a pathological factor contributing to the upholding of nerve damage and neuropathic pain.

In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob der nichtkompetitive NMDA-Rezeptorantagonist Memantine die Wahrnehmung noxischer und nichtnoxischer Temperaturreize beim Menschen signifikant beeinflusst. Dazu wurden bei 40 Probanden, doppelblind und placebokontrolliert die Wahrnehmungsschwellen für Warm-, Kalt- und Hitzeschmerzreize bestimmt. Anschließend wurde ein noxischer Hitzereiz appliziert; die Schmerzintensität wurde aufgezeichnet. Danach wurden Veränderungen der Wahrnehmungsschwellen innerhalb und außerhalb des Reizareals registriert. Die Ausdehnung von Allodynie, sekundärer Hyperalgesie und Flarereaktion wurde vermessen. Bei der Memantinegruppe zeigte sich vor der Applikation noxischer Hitze eine signifikante Reduktion der Sensibilität für Kaltreize. Durch die Verabreichung des Hitzeschmerzreizes von 47°C wurden die Probanden beider Gruppen weniger sensibel gegenüber Warm- und Kaltreizen innerhalb der Hitzereizapplikationsstelle. Die Ausdehnung der Flarefläche und die Perfusion innerhalb des gereizten Areals waren bei Probanden durch die Memantinevorbehandlung deutlich reduziert. Aus diesen Ergebnissen lassen sich folgende Vermutungen ableiten: 1. Durch alleinige Blockade des NMDA-Rezeptors besteht bei chronischen Schmerzzuständen wenig Aussicht auf Schmerzlinderung. 2. Die Aktivierung des NMDA-Rezeptors ist für die Wahrnehmung von Kaltreizen von Bedeutung. 3. Ein Axonreflex löst die Flarereaktion nach Verabreichung eines noxischen Hitzereizes aus. Intensität und Ausdehnung der Flarereaktion werden durch NMDA-Rezeptoren moduliert. / The present study examined the influence of the non-competitive NMDA receptor antagonist Memantine on the perception of painful and non-painful thermal stimuli. Double-blind and placebo-controlled perception thresholds for warm, cold and heat stimuli were taped in 40 healthy human volunteers. Afterwards painful heat was applied; pain intensity was taped. Changes of perception thresholds within and beyond the irritated area were registered. The expansion of Allodynia, secondary Hyperalgesia and Flare response was measured. Memantine produced a significant reduction of cold sensitivity before application of painful heat. After delivery of painful heat both groups became less sensitive to warm and cold stimuli within the irritated area. The expansion of the Flare response and perfusion within the irritated area were clearly reduced by Memantine. The following conclusions can be derived from these results: 1. By sole blockade of the NMDA receptor there is only little chance of pain relief in chronic pain states. 2. Activation of the NMDA receptor influences the perception of cold. 3. An axon-reflex releases the Flare response after delivery of painful heat. Intensity and expansion of the Flare response are modulated by NMDA receptors.

Non-steroidal antiinflammatory drugs are most commonly used for inflammatory and postoperative pain. But they lack effectiveness and specificity, leading to severe side effects, like gastric ulcers, asthma and severe bleeding. Oxidized 1-palmitoyl-2-arachinidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (OxPAPC) plays an important role in inflammatory pain. PAPC is a common phosphatidylcholine of membranes, which can be oxidized by reactive oxygen species. In preliminary experiments, our group found that local injection of OxPAPC in rat paws induces hyperalgesia. In this study we examined the effect of OxPAPC on transient receptor potential A1 (TRPA1), an ion channel expressed in C-fiber neurons. Furthermore, we investigated if intracellular cysteine residues of TRPA1 were necessary for agonist-channel-interactions and if a subsequent TRPA1 activation could be prevented by OxPAPC scavengers. To answer these questions, we performed calcium imaging using HEK-293 cells stably expressing hTRPA1, or transiently expressing the triple mutant channel hTRPA1-3C and naïve DRG neurons. Cells were incubated with the ratiometric, fluorescent dye Fura-2/AM and stimulated with OxPAPC. The change of light emission after excitation with 340 and 380 nm wavelengths allowed conclusions regarding changes of intracellular calcium concentrations after TRPA1 activation. In our investigation we proved evidence that OxPAPC activates TRPA1, which caused a flow of calcium ions into the cytoplasm. The TRPA1-specific channel blocker HC-030031 eliminated this agonist-induced response. TRPA1-3C was not completely sensitive to OxPAPC. The peptide D-4F and the monoclonal antibody E06 neutralized OxPAPC-induced TRPA1 activation. In this work, the importance of OxPAPC as a key mediator of inflammatory pain and as a promising target for drug design is highlighted. Our results indicate that TRPA1 activation by OxPAPC involves cysteine-dependent mechanisms, but there are other, cysteine-independent activation mechanisms as well. Potential pharmaceuticals for the treatment of inflammatory pain are D-4F and E06, whose efficiency has recently been confirmed in the animal model by our research group. / Nichtsteroidale Antiphlogistika werden bei Entzündungs- und postoperativen Schmerzen eingesetzt. Ihre mangelnde Effektivität und Spezifität kann jedoch starke Nebenwirkungen wie Magen-Darmulzera, Analgetikaasthma und Blutungen hervorgerufen. Hyperalgesie kann in Entzündungsprozessen lokal durch das oxidierte Phospholipid 1-Palmitoyl-2-Arachinidonoyl-sn-Glycero-3- Phosphocholin (OxPAPC) induziert werden, welches durch Oxidation mit reaktiven Sauerstoffspezies entsteht. Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass OxPAPC nach intraplantarer Injektion in Rattenpfoten Hyperalgesie hervorruft. In dieser Arbeit steht die Interaktion zwischen OxPAPC und dem „transient receptor potential A 1“ Kanal (TRPA1), einem Ionenkanal von C-Faser-Neuronen, im Fokus. Es wurde untersucht, ob intrazelluläre Cysteinreste zur Aktivierung durch oxidierte Phospholipide beitragen und ob diese durch einen OxPAPC-spezifischen Antagonismus verhindert werden kann. Zur Klärung der Fragestellung verwendeten wir HEK-293 Zellen, die entweder hTRPA1 stabil oder den an drei Positionen mutierten hTRPA1-C3 transient exprimierten und native DRG Neurone. Die Änderung der intrazellulären Kalziumionenkonzentration nach Kanalmodulation mit OxPAPC wurde mittels ratiometrischer Fura-2/AM-Experimente bestimmt. Wir zeigten, dass OxPAPC zur Aktivierung von TRPA1 führt, welche sich nach Zugabe des spezifischen Antagonisten HC-030031 als reversibel erwies. Sind drei Cysteine des intrazelllulären Aminoterminus von TRPA1 mutiert, wurde ein Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration durch OxPAPC verringert. Das Peptid D-4F und der monoklonale Antikörper E06 neutralisierten die Wirkung von OxPAPC auf den Kanal. Das in Entzündungsprozessen gebildete OxPAPC ist ein endogener Agonist von TRPA1 Kanälen und stellt damit eine potentielle pharmakologische Zielsubstanz für die Entwicklung von Analgetika dar. Naheliegend ist, dass die Aktivierung von TRPA1 durch OxPAPC über Cysteinbindungsstellen erfolgen kann. Jedoch sind weitere, cysteinunabhängige Mechanismen ebenfalls wahrscheinlich. D-4F und E06 sind vielversprechende neuartige Substanzen für die Behandlung von Entzündungsschmerz. Ihre analgetische Wirkung wurde bereits im Tiermodell durch unsere Arbeitsgruppe bestätigt.

For nociceptive wound pain, the transient receptor potential channel(TRP) mediated calcium influx is essential. Reactive oxygen species (ROS) and their downstream oxidation products such as 4-hydroxynonenal activate the ankyrin 1 homologue TRPA1 in vivo and in vitro. The calcium imaging experiments performed in this study were carried out on stably with TRPA1 and TRPV1 transfected HEK-293 cells and spinal dorsal root ganglion neurons to further understand the mechanistic correlations of nociceptive pain development in inflammatory wound pain. E06, a monoclonal autoantibody (mAb) against oxidized phosphatidylcholine (OxPC) and D-4F, a mimetic peptide of the structural protein apolipoprotein A-I of high density lipoproteins (HDL) were previously used as a diagnostic tools and novel compounds in atherosclerosis. In this study, E06 mAb and D-4F peptide, both, reduced the TRPA1-mediated calcium influx in vitro caused by lipid peroxidation products (OxPL) such as 4-HNE and reactive oxygen species such as H2O2. In addition, we discovered that neither E06 mAb nor D-4F showed a calcium influx-relevant interaction with the Transient Receptor Potential Channel Vanillin 1 (TRPV1) activator capsaicin or the TRPV1 channel itself. Taken together, E06 mAb and D-4F peptide are two promising substances to reduce inflammatory pain and local pain relief. / Für nozizeptive Wundschmerzen ist der Transient Receptor Potential Channel (TRP) vermittelte Kalziumeinstrom unerlässlich. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und deren Oxidationsprodukte wie 4-Hydroxynonenal (4-HNE) aktivieren das Ankyrin-1-Homolog TRPA1 in vivo und in vitro. Die in dieser Studie durchgeführten Kalzium-Imaging Experimente wurden an stabil mit TRPA1 und TRPV1 transfizierten HEK-293-Zellen und spinalen Hinterwurzelganglien durchgeführt, um die mechanistischen Zusammenhänge der nozizeptiven Schmerzentstehung bei entzündlichen Wundschmerzen besser zu verstehen. E06, ein monoklonaler Autoantikörper (mAb) gegen oxidiertes Phosphatidylcholin (OxPC) und D-4F, ein mimetisches Peptid des Strukturproteins Apolipoprotein A-I aus dem high density lipoprotein (HDL), wurden bisher als diagnostischer Marker bei Atherosklerose eingesetzt. In den durchgeführten Experimenten reduzierten E06 mAb und D-4F den durch Lipidperoxidationsprodukte (OxPL) wie 4-HNE und reaktive Sauerstoffspezies wie H2O2 verursachten TRPA1-vermittelten Kalziumeinfluss in vitro. Darüber hinaus zeigte sich, dass weder E06 mAb noch D-4F eine Kalziumeinstromrelevante Interaktion mit dem Transient Receptor Potential Channel Vanillin 1 (TRPV1)-Aktivator Capsaicin oder dem TRPV1-Kanal aufweisen. E06 mAb und ApoA-I mimetisches Peptid D-4F erscheinen deshalb als zwei vielversprechende Substanzen, um den inflammatorischen Wundschmerz zu verringern. Deshalb sind sie auch als potentielles Analgetikum für eine nebenwirkungsärmere, lokale Schmerzbekämpfung vielversprechend.

Mannheim, Univ., Diss., 1995.

Schmerz gehört zu den Kardinalsymptomen einer Entzündung. Im Wesentlichen kann die Entstehung von Schmerz am Ort des Entzündungsgeschehens auf das Einwandern (Diapedese) von Leukozyten aus dem peripheren Blut-strom in das Gewebe zurückgeführt werden. Dort findet sowohl die Produktion von Zytokinen und Chemokinen statt, welche weitere Entzündungszellen rekrutieren und die Entzündungsreaktion verstärken, als auch die Freisetzung von Opioidpeptiden, die schmerzlindernd wirken. In Vorarbeiten der Arbeitsgruppe konnte eine Opioidfreisetzung aus neutrophilen Granulozyten nach Stimulation mit bakteriellen Antigenen oder Chemokinen \(in\) \(vitro\) nachgewiesen werden. Diese führen \(in\) \(vivo\) eine Antinozizeption herbei. Für neutrophile Granulozyten wurden der Chemokinrezeptor CXCR1/2 sowie der Formylpep-tidrezeptor als Signal-transmittierende Rezeptoren identifiziert. Über den klassischen Mechanismus der Exozytose gelangt das Beta-Endorphin somit in das Gewebe und interagiert mit Opioidrezeptoren auf primär sensorischen Nervenendigungen. \(in\) \(vivo\) äußerte sich die Freisetzung des Opioidpeptids in einer Anhebung mechanischer Schmerzschwellen, die durch den Opioidrezeptorantagonisten Naloxon aufgehoben werden konnten. Die Bindung, vornehmlich an MOP, führt zur Erniedrigung des cAMP-Spiegels, zur Hyperpolarisation der Nervenzelle und zur Verminderung von Schmerzschwellen. Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen Monozyten als führende Zellpopulation der späten Entzündungsphase. Es sollte untersucht werden, welche Rezeptoren eine Opioidfreisetzung aus Monozyten vermitteln sowie welche intrazellulären Signalwege involviert sind. Humane Monozyten wurden isoliert und \(in\) \(vitro\) mit dem bakteriellen Antigen Lipopolysaccharide (LPS) stimuliert. Dieses steht exemplarisch für mikrobielles Infektgeschehen und Entzündung. In den Zellüberständen wurde mittels ELISA die Beta-Endorphin-Konzentration ermittelt. Weiterhin wurden Opioidgehalt und -freisetzung in der nicht-klassischen CD14+CD16+ Monozytensubpopulation im Vergleich zu klassischen CD14+CD16- Monozyten analysiert. Zur weiteren Aufklärung des Rezeptors, welcher die Opioidfreisetzung vermittelt, wurde der niedermolekulare TLR4-Antagonist TAK-242 genutzt. Wir fanden eine Zunahme der Beta-Endorphin-Freisetzung nach Stimulation mit LPS im Vergleich zur unstimulierten Kontrolle. Eine Zugabe des TLR4-Inhibitors reduzierte die Beta-Endorphin-Freisetzung signifikant. TLR4 agiert somit als PRR für die Opioidfreisetzung aus Monozyten. CD14+CD16+ Monozyten enthalten einen geringeren Anteil an Beta-Endorphin und setzten dementsprechend weniger frei. Ihre Rolle als pro-inflammatorisch und ihre Beteiligung an der Genese inflammatorischer Krankheitsbilder wird dadurch gestützt. Die Signalkaskade, über die diese Freisetzung erfolgt, konnte durch den Einsatz von Rezeptorinhibitoren dahingehend entschlüsselt werden, dass eine Beteiligung des IP3-Rezeptors sowie von intrazellulärem Calcium wichtig ist. Ferner wurde evident, dass auch eine basale Freisetzung existiert, die über denselben Weg verläuft. Durch die Behandlung mit dem TLR4-Antagonisten TAK-242, der die Freisetzung von Beta-Endorphin \(in\) \(vitro\) unterdrückt, wird auch die analgetische Wirkung von LPS \(in\) \(vivo\) aufgehoben. TLR4 Agonisten sind daher potentielle alternative Analgetika, welche die endogene Schmerzkontrolle unterstützen könnten. Jedoch fließen viele Wechselwirkungen wie z.B. proalgetische Wirkungen von TLR4 in das komplexe Gefüge der Immunzellantwort ein. Diese wurden nicht weiter untersucht. Vor einer klinischen Anwendung müssten solche Effekte näher betrachtet werden. / Endogenous opioids from monocytes mediate tonic endogenous antinociception in the late phase of inflammation. Monocytes expressing TLR4 dose-dependently released \(\beta\)-END after stimulation with lipopolysaccharide (LPS) dependent on intracellular calcium. \(in\) \(vitro\) \(\beta\)-endorphin (\(\beta\)-END) content increased during human monocyte differentiation as well as in anti-inflammatory CD14\(^+\)CD16\(^-\) monocytes. Peripheral TLR4 acts as a counter-regulatory mechanism for inflammatory pain \(in\) \(vivo\), and increases the release of opioid peptides from monocytes \(in\) \(vitro\). TLR4 antagonists as new treatments for sepsis and neuropathic pain might unexpectedly enhance pain by impairing peripheral opioid analgesia.

Pain conditions and chronic pain disorders are among the leading reasons for seeking medical help and immensely burden patients and the healthcare system. Therefore, research on the underlying mechanisms of pain processing and modulation is necessary and warranted. One crucial part of this pain research includes identifying resilience factors that protect from chronic pain development and enhance its treatment. The ability to use emotion regulation strategies has been suggested to serve as a resilience factor, facilitating pain regulation and management. Acceptance has been discussed as a promising pain regulation strategy, but results in this domain have been mixed so far. Moreover, the allocation of acceptance in Gross’s (1998) process model of emotion regulation has been under debate. Thus, comparing acceptance with the already established strategies of distraction and reappraisal could provide insights into underlying mechanisms. This dissertation project consisted of three successive experimental studies which aimed to investigate these strategies by applying different modalities of individually adjusted pain stimuli of varying durations. In the first study (N = 29), we introduced a within-subjects design where participants were asked to either accept (acceptance condition) or react to the short heat pain stimuli (10 s) without using any pain regulation strategies (control condition). In the second study (N = 36), we extended the design of study 1 by additionally applying brief, electrical pain stimuli (20 ms) and including the new experimental condition distraction, where participants should distract themselves from the pain experience by imagining a neutral situation. In the third study (N = 121), all three strategies, acceptance, distraction, and reappraisal were compared with each other and additionally with a neutral control condition in a mixed design. Participants were randomly assigned to one of three strategy groups, including a control condition and a strategy condition. All participants received short heat pain stimuli of 10 s, alternating with tonic heat pain stimuli of 3 minutes. In the reappraisal condition, participants were instructed to imagine the pain having a positive outcome or valence. The self-reported pain intensity, unpleasantness, and regulation ratings were measured in all studies. We further recorded the autonomic measures heart rate and skin conductance continuously and assessed the habitual emotion regulation styles and pain-related trait factors via questionnaires. Results revealed that the strategies acceptance, distraction, and reappraisal significantly reduced the self-reported electrical and heat pain stimulation with both durations compared to a neutral control condition. Additionally, regulatory efforts with acceptance in study 2 and with all strategies in study 3 were reflected by a decreased skin conductance level compared to the control condition. However, there were no significant differences between the strategies for any of the assessed variables. These findings implicate similar mechanisms underlying all three strategies, which led to the proposition of an extended process model of emotion regulation. We identified another sequence in the emotion-generative process and suggest that acceptance can flexibly affect at least four sequences in the process. Correlation analyses further indicated that the emotion regulation style did not affect regulatory success, suggesting that pain regulation strategies can be learned effectively irrespective of habitual tendencies. Moreover, we found indications that trait factors such as optimism and resilience facilitated pain regulation, especially with acceptance. Conclusively, we propose that acceptance could be flexibly used by adapting to different circumstances. The habitual use of acceptance could therefore be considered a resilience factor. Thus, acceptance appears to be a promising and versatile strategy to prevent the development of and improve the treatment of various chronic pain disorders. Future studies should further examine factors and circumstances that support effective pain regulation with acceptance. / Schmerzen und chronische Schmerzstörungen, welche eine enorme Belastung für Betroffene und das Gesundheitssystem darstellen, zählen zu den häufigsten Gründen für eine medizinische Behandlung. Die Erforschung von Mechanismen der Schmerzverarbeitung und -modulation ist daher hochgradig relevant. Ein Teil dieser Schmerzforschung befasst sich mit der Ermittlung von Resilienzfaktoren, die der Chronifizierung von Schmerzen vorbeugen und deren Behandlungen erleichtern sollen. Emotionsregulationsstrategien können als solche Resilienzfaktoren fungieren und die Behandlung von Schmerzen unterstützen. Studien zur Strategie Akzeptanz zeigten bereits Hinweise auf eine effektive Schmerzregulation, jedoch ist die Befundlage hinsichtlich der Effektivität noch uneindeutig. Eine weitere Unklarheit besteht bei der Einordnung von Akzeptanz als eine antezedent- oder reaktionsfokussierte Strategie in Gross Prozessmodel der Emotionsregulation (1998). Ein direkter Vergleich zwischen Akzeptanz und den bereits intensiv beforschten Strategien Ablenkung und Neubewertung könnte dabei Klarheit über die zugrunde liegenden Mechanismen und deren Einordnung schaffen. Das Ziel des aktuellen Dissertationsprojekts bestand daher darin, diese drei Strategien einander experimentell in einem akuten Schmerzkontext gegenüberzustellen. Zu diesem Zweck wurden drei aufeinanderfolgende Studien mit gesunden Probanden durchgeführt, die jeweils individuell eingestellte Schmerzreize erhielten. In der ersten Studie (N = 29) im Within-Design wurden den Probanden kurze Hitzeschmerzreize von 10 s verabreicht, welche sie akzeptieren (Akzeptanzbedingung) oder auf welche sie reagieren sollten, ohne eine Strategie anzuwenden (Kontrollbedingung). In der zweiten Studie (N = 36) wurde Studie 1 um zwei Bedingungen erweitert, indem phasische, elektrische Schmerzreize von 20 ms zum Within-Design hinzugefügt wurden. Darüber hinaus sollten sich die Versuchspersonen zusätzlich mithilfe neutraler Vorstellungen von den Schmerzreizen ablenken (Ablenkungsbedingung). In der dritten Studie (N = 121) wurden alle drei Strategien – Akzeptanz, Ablenkung und Neubewertung – einander sowie einer neutralen Kontrollbedingung in einem gemischten Within-Between-Design gegenübergestellt. Die Teilnehmenden wurden zufällig einer der drei Strategiegruppen zugewiesen, welche jeweils die Kontrollbedingung und eine der drei Strategiebedingungen enthielt. Die Probanden erhielten in allen Gruppen sowohl kurze, 10-sekündige als auch lange, 3-minütige Hitzeschmerzreize. Bei der Strategie Neubewertung sollten sich die Probanden vorstellen, dass der Hitzereiz eine positive Wirkung hätte. In allen Studien gaben die Probanden nach jedem Durchgang an, wie schmerzhaft und unangenehm sie die Schmerzreize erlebt hatten und wie gut es ihnen gelungen war, mit der jeweiligen Strategie zu regulieren. Außerdem wurden die peripherphysiologischen Messverfahren Herzrate und Hautleitfähigkeit als Schmerzkorrelate kontinuierlich aufgezeichnet. Zuletzt wurden die Emotionsregulationsstile und schmerzrelevante Persönlichkeitsfaktoren anhand von Fragebögen erfasst. Über alle Studien zeigte sich, dass die drei Strategien Akzeptanz, Ablenkung und Neubewertung die selbstberichtete Wahrnehmung der kurzen und langen Hitzeschmerzreize sowie der phasischen elektrischen Reize im Vergleich zur Kontrollbedingung signifikant verringerten. Des Weiteren deutete eine signifikant verminderte Hautleitfähigkeit in der Akzeptanzbedingung in Studie 2 und in allen Strategiebedingungen in Studie 3 – verglichen mit der Kontrollbedingung – auf peripherphysiologisch erkennbare Regulationsprozesse hin. Zwischen den Strategien ließen sich jedoch bei keiner der Messvariablen signifikante Unterschiede finden. Dieses Ergebnis könnte auf ähnliche, den Strategien zugrunde liegende Mechanismen hindeuten, sodass im Rahmen des Dissertationsprojekts ein erweitertes Prozessmodell der Emotionsregulation aufgestellt wurde. Dabei wurde der emotionsgenerierende Prozess um einen Schritt erweitert und es wurden mindestens vier Positionen vorgeschlagen, an welchen Akzeptanz flexibel ansetzen könnte. Korrelationsanalysen ergaben außerdem, dass der Emotionsregulationsstil keinen Einfluss auf den Regulationserfolg hatte, was darauf hindeutet, dass Schmerzregulationsstrategien unabhängig von gewohnheitsmäßigen Tendenzen effektiv erlernt werden können. Darüber hinaus gab es Hinweise darauf, dass höhere Ausprägungen von Persönlichkeitsfaktoren wie Optimismus und Resilienz zu einer effektiveren Schmerzregulation insbesondere mit Akzeptanz führen können. Insgesamt scheint Akzeptanz flexibel einsetzbar und anpassungsfähig zu sein, was sie zu einem Resilienzfaktor im alltäglichen Gebrauch sowie zu einer vielversprechenden Strategie in der Prävention und Behandlung chronischer Schmerzerkrankungen macht. Zukünftige Forschung sollte daher die Faktoren und Umstände untersuchen, die zu einer wirksamen Schmerzregulation mit Akzeptanz beitragen können.

Am Modell des tumorinduzierten Schmerzes der Maus wurden sowohl das Schmerzverhalten der Tiere als auch spezifische morphologische Veränderungen im Hinterhorn des Rückenmarks (Aktivierung von Astrozyten) und im tumorbefallenen Knochen analysiert. Durch Analyse von Mäusen mit Defizienz für TNF-Rezeptor 1, TNF-Rezeptor 2 oder für beide Rezeptoren konnte die Rolle von TNF-α seiner Rezeptoren bei der Entstehung von tumorinduziertem Schmerz untersucht werden. Im Unterschied zu neuropathischen Schmerzmodellen konnte gezeigt werden, dass beide TNF-Rezeptoren ausgeschaltet werden müssen, um eine signifikante Schmerzreduktion zu erzielen. Die systemische Behandlung mit dem TNF-neutralisierenden Fusionsprotein Etanercept konnte die im genetischen Modell gezeigte Reduktion der mechanischen Allodynie teilweise, aber nicht vollständig reproduzieren. Eine Hemmung der Mikrogliaaktivierung mittels Minocyclin erbrachte im Tumor-schmerzmodell keinen Effekt auf das Schmerzverhalten der Tiere. Die histologische Analyse der tumoraffizierten Knochen zeigte eine signifikante Zunahme der Osteoklastenaktivität in tumortragenden Tieren. Die Behandlung mit Minocyclin war ohne erkennbaren Effekt auf die Differenzierung und die Aktivität der Osteoklasten. Es ergaben sich jedoch Hinweise, dass TNF-α einen hemmenden Einfluss auf die Osteoklastenaktivität im Knochentumormodell hat, da sowohl in den TNFR-KO-Tieren als auch unter Gabe von Etanercept eine Steigerung der Osteoklastenaktivität nachgewiesen werden konnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass TNF-α eine wichtige Rolle, sowohl in der Entstehung, als auch in der Aufrechterhaltung von tumorinduziertem Schmerz spielt. Hier liegt der Ansatzpunkt für weitere Studien mit dem Ziel, eine spezifische Pharmakotherapie zu entwickeln mit wirksamer TNF-α Blockade auch bei Patienten mit Tumorschmerzen. Nach den Erkenntnissen dieser Arbeit mit Etanercept sollte ein spezielles Augenmerk auf die ZNS-Gängigkeit dieser Substanzen gelegt werden und die Gefahr der Möglichkeit eines vermehrten Tumorwachstum bedacht werden. / Bone-cancer-related pain is one of the most disabling factors in patients suffering from primary bone cancer or bone metastases. Recent studies point toward an important role of proinflammatory cytokines, example tumor necrosis factor-alpha (TNF), for tumor growth and bone-cancer-associated pain. Mechanisms by which TNF, through its receptor subtypes, TNF receptor 1 (TNFR1) and -2 (TNFR2), elicits altered sensation and pain behavior, are still incompletely understood. To look for a potential role of TNF in bone cancer pain, cancer-related pain was analyzed in fibrosarcoma-bearing C57Bl/6J wild type mice after systemic antagonism of TNF. To further clarify the role of TNF receptor (TNFR) in bone-cancer pain, naive and fibrosarcoma-bearing C57Bl/ 6J wild type and transgenic mice with a deficiency of TNFR1 (TNFR1ko), TNFR2 (TNFR2ko), and TNFR1+2 (TNFR1+2ko) were compared regarding cancer-related pain and hyperalgesia, tumor growth, osteoclast activation, and spinal astrogliosis. Systemic antagonism of TNF significantly alleviated tactile hypersensitivity and spontaneous bone-cancer-related pain behavior. Most interestingly, combined deletion of the TNFR1 and TNFR2, but not of either gene alone, almost completely inhibited the development of tactile hypersensitivity, whereas spontaneous pain behavior was transiently increased. Accordingly, spinal astrogliosis was markedly reduced, whereas tumor growth was significantly increased in TNFR1+2ko mice. In contrast, deletion of the TNFR1 or TNFR2 gene alone did not change tumor growth or spinal astrogliosis. Our findings suggest that the combined absence of TNFR1 and TNFR2 is necessary for the attenuation of cancer-related tactile hypersensitivity and concomitant spinal astrogliosis, whereas tumor growth seems to be inhibited by combined TNFR activation. These findings support the hypothesis of cytokine-dependent pain development in cancer pain. Differential targeting of TNFR activation could be an interesting strategy in bone-cancer-related pain conditions.

In einer umfangreichen Untersuchung wurden verschiedene Methoden des Schmerzmanagements bei der thermischen Enthornung von Kälbern überprüft. Eine wirksame Schmerzausschaltung wurde mit der Anwendung von Lokalanästhetika erreicht. Das Sedativum stellte die Kälber ruhig und ermöglichte ein weitestgehend präzises Arbeiten. Die Anwendung von Lokalanästhetika darf ausschließlich durch einen Tierarzt erfolgen. Im Interesse des Tierschutzes und der Tiergesundheit sollten die Kälber aber nur mit einem vollständigen Schmerzmanagement enthornt werden. Alternativ wird empfohlen, die Milchkuhherden zukünftig stärker mit genetisch hornlosen Kälbern zu reproduzieren. Redaktionsschluss: 07.05.2019