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Der ATP-getriggerte Ionenkanal P2X7 ist als purinerger Oberflächenrezeptor besonders auf Zellen des Immunsystems und auf Gliazellen im Nervensystem exprimiert. Seine Aktivierung führt zur Freisetzung proinflammatorischer Zytokine, zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies sowie zu einer Beeinflussung des Zellzyklus. Zwar konnte eine Beteiligung des Rezeptors an verschiedenen entzündlichen und degenerativen Erkrankungen nachgewiesen werden, allerdings bestehen nach wie vor viele Unstimmigkeiten darüber, ob P2X7 im Einzelfall protektiv oder schadend wirkt. Eine therapeutische Modulation des Rezeptors gestaltet sich daher bis heute schwierig. Weiterhin wurde trotz intensiver Bemühungen um selektive, potente P2X7-Modulatoren bisher kein Wirkstoff über Phase-II-Studien hinaus entwickelt. Der erste Teil der Arbeit beschreibt eine Studie zur Identifikation neuer P2X7-Modulatoren und deren Charakterisierung hinsichtlich Potenz, Bindeverhalten und Speziesspezifität. Ziel dieser Studie war es, die Basis für die Entwicklung möglicher neuer Therapeutika zu legen, für die ein hoher Bedarf besteht. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Beteiligung des P2X7-Rezeptors an den pathophysiologischen Vorgängen nach einem Hirninfarkt untersucht. Besondere Aufmerksamkeit lag dabei auf dem Einfluss, den der Rezeptor auf die Bildung eines begleitenden, oftmals fatalen Hirnödems ausübt. In einer Wirkstoffbibliothek enthaltene zugelassene Pharmaka und Naturstoffe wurden auf ihre Wirksamkeit am rekombinant exprimierten humanen P2X7-Rezeptor (hP2X7) getestet. Dazu wurde gemessen, inwiefern diese Wirkstoffe den P2X7-vermittelten Ca2+-Einstrom modulieren können. Für potenziell selektive Substanzen wurden Konzentrations-Wirkungs-Kurven erstellt. Für den potenten Inhibitor Tanshinon II A-Sulfonat (TIIAS) und den chemisch verwandten Wirkstoff Tanshinon II A (TIIA) erfolgte diese Untersuchung auch an den rekombinant exprimierten P2X7-Rezeptoren von Maus (mP2X7) und Ratte (rP2X7). Weiterhin erfolgte eine detaillierte, auf elektrophysiologischen Untersuchungen basierende Darstellung der pharmakodynamischen Eigenschaften von TIIAS. Die Selektivität der Wirkung gegenüber P2X2 und P2X4 wurde mithilfe entsprechender Zelllinien geprüft. Die Wirkung modulierender Pharmaka am nativen Rezeptor wurde in humanen, aus peripheren Blutmonozyten gereiften Makrophagen überprüft, wozu neben der Darstellung des Ca2+-Einstroms auch ein IL-1β-ELISA eingesetzt wurde. In allen Experimenten wurde die Beteiligung von P2X7 über bekannte Antagonisten verifiziert. Um zu klären, inwiefern P2X7 die pathophysiologischen Abläufe nach Hirninfarkt beeinflusst, wurde bei 20 P2X7-defizienten Mäusen (P2X7-/-) und bei 22 zugehörigen Wildtyp-Mäusen (WT) eine zerebrale Ischämie induziert, indem die mittlere Zerebralarterie mit einem dünnen Faden für 60 Minuten transient verschlossen wurde (middle cerebral artery occlusion, MCAO). In den folgenden 72 Stunden wurde über klinische Methoden und Magnetresonanzuntersuchungen die Entwicklung neurologischer Defizite, der Infarktgröße und des begleitenden Hirnödems evaluiert. Nach schmerzloser Tötung und Hirnentnahme wurden immunhistologisch die Aktivierung und Verteilung von Mikroglia und Astrozyten sowie der Zustand des Gefäßendothels untersucht. Sham-operierte Tiere dienten in allen Experimenten als Kontrollen. TIIAS hemmte hP2X7 mit einer IC50 von 4.3 μM, während die Potenz an mP2X7 geringer war und rP2X7 kaum geblockt wurde. TIIA modulierte P2X7 nicht. TIIAS hemmte als allosterischer Antagonist die Öffnung des Ionenkanals und band vermutlich an eine intrazelluläre Bindestelle. Die Wirkung von TIIAS wurde in humanen Makrophagen bestätigt, in denen der Wirkstoff den Ioneneinstrom und die IL-1β-Freisetzung hemmte. Obwohl die neurologische Untersuchung von P2X7-/-- und WT-Mäusen nach MCAO keine signifikanten Unterschiede ergab, zeigte sich in der bildgebenden Diagnostik, dass P2X7-/--Mäuse binnen 24 Stunden nach der OP ein signifikant stärkeres Hirnödem entwickelten, welches nicht durch Unterschiede in der Infarktgröße bedingt war. Der Infarkt führte in beiden Gruppen zu einer Gliaaktivierung, die im Fall der Mikroglia in Abwesenheit von P2X7 allerdings reduziert war. Differenzen hinsichtlich der Aktivierung von Astrozyten und der Expression von Laminin im Kapillarendothel wurden nicht festgestellt. Im Gegensatz zu TIIA, das häufig als gleichwertiger Wirkstoff eingesetzt wird, blockt TIIAS hP2X7 speziesspezifisch mit einer hohen Potenz. Maus und Ratte scheiden aufgrund der geringen Wirkung von TIIAS leider als Tiermodelle aus, um die Wirkung von TIIAS in vivo zu prüfen. Weitere Arbeiten sind notwendig, um die Potenz von TIIAS in anderen Spezies zu evaluieren oder Alternativen zum Tierversuch zu finden und eine mögliche therapeutische Anwendung bei Erkrankungen mit P2X7-Beteiligung zu testen. P2X7 beeinflusst die pathophysiologischen Vorgänge nach einem Hirninfarkt und begrenzt die Entwicklung eines zytotoxischen Hirnödems, nicht aber die des vasogenen Hirnödems, das sich zeitversetzt einstellt. Eine mögliche Erklärung für diesen Sachverhalt bieten die unterschiedlichen Funktionen, die Gliazellen zu verschiedenen Zeitpunkten nach zerebraler Ischämie übernehmen. Unsere Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass verschiedene Tiermodelle des zerebralen Infarkts nicht in allen Punkten vergleichbar sind.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung........................................................................................................... 1 1.1 Purinerge Signaltransduktion.......................................................................... 1 1.2 P2X-Rezeptoren.............................................................................................. 2 1.3 Pharmakologie des P2X7-Rezeptors............................................................... 3 1.4 Physiologische und pathophysiologische Bedeutung des P2X7-Rezeptor...... 5 1.5 Gegenstand dieser Arbeit............................................................................... 7 2 Veröffentlichungen............................................................................................. 9 2.1 Erste Publikation............................................................................................. 9 2.1.1 Tanshinone II A sulfonate, but not tanshinone II A, acts as potent negative allosteric modulator of the human purinergic receptor P2X7................................. 9 2.1.2 Ergänzende Materialien zur ersten Publikation.......................................... 22 2.2 Zweite Publikation......................................................................................... 30 2.2.1 Lack of functional P2X7 receptor aggravates brain edema development after middle cerebral artery................................................................................. 30 2.2.2 Ergänzende Materialien zur zweiten Publikation......................................... 42 2.2.3 Erratum to: Lack of functional P2X7 receptor aggravates brain edema development after middle cerebral artery occlusion............................................ 46 3 Diskussion........................................................................................................ 49 4 Zusammenfassung........................................................................................... 55 5 Summary.......................................................................................................... 57 6 Literaturverzeichnis.......................................................................................... 59 7 Danksagung..................................................................................................... 66 / ATP-gated ion channel P2X7 is a purinergic cell surface receptor which is mainly expressed on immune and glia cell. Upon activation of P2X7, proinflammatory cytokines are released, reactive oxygen species are generated and the cell cycle may be altered. In this regard, it has been shown that P2X7 plays a role in diseases such as rheumatoid arthritis, Alzheimer’s disease and multiple sclerosis. However, results regarding protective or detrimental effects mediated by P2X7 under particular conditions are often inconsistent. Thus, up to now, any therapeutic modulation of the receptor remains a challenge. Although intensive research has been conducted to find selective, potent P2X7-modulators, no active compound has been developed beyond phase II clinical trials. The first part of this work describes a study realized to identify new P2X7 modulators and to characterize them in terms of pharmacodynamic properties like potency and species specificity. This study was aimed at providing a basis for the development of new therapeutic agents, which are urgently needed. During the second part of this work, the involvement of P2X7 in pathophysiological processes after cerebral infarction was examined. Particular attention was paid to the influence of the receptor on the development of an accompanying and often fatal brain edema. A compound library containing approved drugs and natural compounds was screened for modulators of the recombinantly expressed human P2X7 receptor (hP2X7). Therefor, their effect on P2X7-mediated Ca2+ influx was evaluated. Concentration-response-curves were established for potentially selective compounds. Tanshinone II A sulfonate (TIIAS) turned out to be a potent inhibitor of P2X7. Both TIIAS and tanshinone II A (TIIA), the natural compound TIIAS has been derived from, were also tested on recombinantly expressed mouse and rat P2X7 (mP2X7 and rP2X7, respectively). Furthermore, electrophysiological assays were conducted for a detailed characterization of mechanisms of P2X7 inhibition. Antagonist selectivity was revised using cell lines expressing purinergic receptors P2X2 and P2X4. Human monocyte-derived macrophages were used in fluorometric calcium and dye-uptake assays as well as an IL-1ß ELISA to evaluate the effects of modulating compounds on native P2X7. In all experiments, involvement of P2X7 was verified using established P2X7 antagonists. In order to evaluate whether modulation of P2X7 may affect the outcome after cerebral infarction, cerebral ischemia was induced in 20 P2X7-deficient mice (P2X7-/-) and 22 mice of their corresponding wild type (WT) by transiently occluding their middle cerebral artery for 60 minutes with a thin filament (middle cerebral artery occlusion, MCAO). During 72 hours following surgery, neurological deficits, infarct size and edema development were monitored, applying clinical examinations and magnetic resonance measurements. After humane killing and brain removal, different antibodies were used in order to evaluate the distribution and activation state of microglia and astrocytes as well as the condition of the vascular endothelium. Sham-operated animals were used as negative controls in all experiments. TIIAS blocked hP2X7 with an IC50 of 4.3 μM, whereas it proved to be less potent at mP2X7 and poorly modulated rP2X7. TIIA did not modulate P2X7. TIIAS acted as an allosteric antagonist and reduced the opening of the ion channel; it presumably bound to an intracellular binding site. The effect of TIIAS could be confirmed in human macrophages. In these cells, TIIAS inhibited the ATP-induced Ca2+ entry, dye-uptake and release of IL-1β. Although neurological examinations did not reveal significant differences between P2X7-/- and WT mice that underwent MCAO, diagnostic imaging revealed that P2X7-/- mice developed significantly more severe brain edema within 24 hours after surgery, a development that was not due to differences in infarct sizes. Both groups displayed clear signs of activation of glia cells, but only microglia activation was attenuated in the absence of P2X7. Differences regarding the activation state of astrocytes or the expression of laminin by capillary endothelial cells could not be detected. TIIAS species specifically blocks hP2X7 with a high potency. TIIA does not convey this effect although both compounds are frequently used interchangeably. Due to the low potency TIIAS displays at mP2X7 and rP2X7, these species unfortunately cannot be used as animal models to evaluate the drug’s effect in vivo. Further research is necessary to evaluate the potency of TIIAS at other species’ P2X7 receptors or to find alternativespurinerge Signaltransduktion, P2X7, Tanshinon II A-Sulfonat, zerebrale Ischämie, Hirnödem to animal testing in order to study possible therapeutic applications of TIIAS in P2X7-related diseases. P2X7 does affect pathophysiological events following cerebral ischemia and restricts cytotoxic brain edema development, but does not limit vasogenic cerebral edema formation, which develops at a later stage of the disease. The different functions fulfilled by glia cells at distinct points in time after infarction may provide an explanation for this interesting fact. The results presented also imply that diverse animal models of cerebral ischemia may not be entirely comparable due to differences regarding the pathogenesis of brain edema.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung........................................................................................................... 1 1.1 Purinerge Signaltransduktion.......................................................................... 1 1.2 P2X-Rezeptoren.............................................................................................. 2 1.3 Pharmakologie des P2X7-Rezeptors............................................................... 3 1.4 Physiologische und pathophysiologische Bedeutung des P2X7-Rezeptor...... 5 1.5 Gegenstand dieser Arbeit............................................................................... 7 2 Veröffentlichungen............................................................................................. 9 2.1 Erste Publikation............................................................................................. 9 2.1.1 Tanshinone II A sulfonate, but not tanshinone II A, acts as potent negative allosteric modulator of the human purinergic receptor P2X7................................. 9 2.1.2 Ergänzende Materialien zur ersten Publikation.......................................... 22 2.2 Zweite Publikation......................................................................................... 30 2.2.1 Lack of functional P2X7 receptor aggravates brain edema development after middle cerebral artery................................................................................. 30 2.2.2 Ergänzende Materialien zur zweiten Publikation......................................... 42 2.2.3 Erratum to: Lack of functional P2X7 receptor aggravates brain edema development after middle cerebral artery occlusion............................................ 46 3 Diskussion........................................................................................................ 49 4 Zusammenfassung........................................................................................... 55 5 Summary.......................................................................................................... 57 6 Literaturverzeichnis.......................................................................................... 59 7 Danksagung..................................................................................................... 66

In unseren Studien haben wir uns unter Verwendung von in vitro und in vivo Modellen des neuronalen Zelltodes mit verschiedenen neuroprotektiven Mechanismen beschäftigt. Uns interessierten Faktoren aus drei verschiedenen Komplexen, die an zellulärer Vitalität teilhaben. Im Mittelpunkt unserer Untersuchung stand ein antioxidatives Enzym und dessen Rolle bezüglich des neuronalen Zelltodes - die NAD(P)H-Quinonoxidoreduktase1. In den Sudien haben wir die Aktivität, Expression und die Lokalisation dieses Enzyms nach neuronalem Schaden untersucht. Wir konnten zeigen, dass die Quinonoxidoreduktase den neuronalen Schaden exazerbieren kann. Ein anderer Schwerpunkt unserer Arbeit bildete das Steroidhormon 17-beta-Estradiol und sein neuroprotektiver Einfluss auf neurodegenerative Prozesse. Wir deckten verschiedene Expressionen der beiden Estradiolrezeptoren alpha und beta in kortikalen, septalen und hippokampalen Nervenzellen auf und das daraus folgende unterschiedliche neuroprotektive Potenzial des Hormons. Im dritten Teil der Studien konnten wir den Einfluss des zytoskelettmodulierenden Proteins Gelsolin auf die Progression des neuronalen Zelltodes nach zellulärem Schaden charakterisieren. / In our studies we characterized different neuroprotective mechanism by in vitro and in vivo models of neuronal cell death. We were interested in factors of three different complexes wich play a role in cellulare vitality. In the centre of our studies there was an antioxidative enzyme and his role in the neuronal cell death-the NAD(P)H:quinone oxidoreductase1. We have investigated in the activity, expression and localisation of this enzyme after neuronal damage. We could show that this enzyme can exacerbate neuronal cell death. Another point of our work were the steroid hormon 17-beta-Estradiol and the neuroprotective character in neurodegeneration. We discovered different expression of the two estradiol- receptors alpha and beta in brain caused in different protective potential to cortical, septal and hippocampal structures by the hormon. The cytoskeletal structures modulate by the protein gelsolin was the third part of the studies. We could show that the modulation of the cytoskeleton were involved in the progression of neuronal cell death after cellulare damage.

Ziele der hier vorliegenden Arbeit waren eine immunhistochemische Analyse von GFAP (‚glial fibrillary acidic protein’) und GLUT-1 (Glukosetransporter-1) nach fokaler zerebraler Ischämie sowie deren mögliche Beeinflussung durch eine intravenöse Transplantation autologer mononukleärer Knochenmarkzellen (mKMZ) im Schafmodell. Eine differenzierte Analyse der Zielstrukturen in grauer und weißer Substanz (GS bzw. WS) sollte Aufschluss über eventuell unterschiedliche Reaktionsmuster liefern. Das Gehirnmaterial von zehn Tieren der bereits 2006/2007 stattgefundenen Studie, welche mit PET und MRT-Untersuchungen sowie der Durchführung von Verhaltenstests einherging, wurde retrospektiv im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersucht. Je fünf gehörten zu einer Kontroll- bzw. Therapiegruppe (KG bzw. TG). Bei allen Versuchstieren wurde durch die permanente Okklusion der linken mittleren Zerebralarterie (pMCAO) eine fokale zerebrale Ischämie im Bereich des Neokortex hervorgerufen. Die Tiere der Therapiegruppe erhielten 24 Stunden nach dem Eingriff eine Transplantation autologer mKMZ (4x106/kg KGew). Nach sieben Wochen wurden die Versuchstiere getötet, ihre Schädel perfundiert und ihre Gehirne fixiert. Eine Lamelle der Gehirne wurde für die anschließende histologische Untersuchung in 30% Saccharose konserviert. Nach der Etablierung der Antikörper GFAP und GLUT-1 wurden vier Regionen der Gehirn-lamellen immunhistochemisch markiert und abschließend qualitativ und quantitativ analysiert. Die Regionen I (infarktnah) und III (infarktfern) lagen in der ipsilateralen Hemisphäre, die Regionen II (korrespondierend zu Region I) und IV (korrespondierend zu Region III) in der kontralateralen Hemisphäre. Durch den höheren Substanzverlust an Gehirnmasse in der ipsi-lateralen Hemisphäre der KG, wurden in dieser Tiergruppe die Regionen III und IV nicht ausgewertet. Vor der Analyse sind die physiologischen Markierungsmuster der vier Regionen in grauer und weißer Substanz an zwei gesunden Tieren (Prozesskontrolle) aufgezeigt worden. Durch die elektronenmikroskopische Untersuchung von Präparaten und anhand von GFAP/GLUT-1 doppelmarkierten Präparaten konnte festgestellt werden, dass die Astrozytenendfüßchen durch den hier verwendeten GLUT-1 Antikörper nicht markiert wur-den, sondern dass alleinig die gefäßständige, 55 kDa schwere Isoform detektiert worden ist. Die fokale zerebrale Ischämie führte in beiden Gruppen zu einer hochgradigen reaktiven Astrogliose mit Ausprägung einer Glianarbe in Region I. Protoplasmatische Astrozyten der grauen und fibrilläre Astrozyten der weißen Substanz zeigten hypertrophe Veränderungen. Die reaktive Astrogliose von Region I spiegelte sich in einer erhöhten GFAP-Dichte wider (p<0,05 in der Therapiegruppe). Region III hatte die gleiche GFAP-Dichte wie die Regionen II und IV. Der direkte Vergleich zwischen den Regionen I der beiden Gruppen zeigte Veränderungen der GFAP-Dichte durch die Zelltherapie auf: In der GS der Therapiegruppe lag eine geringere GFAP-Dichte vor, in der WS eine höhere (≠ p<0,05; GS und WS). Die Ergebnisse der GLUT-1-Analyse sind denen der GFAP-Analyse sehr ähnlich. Durch den Schlaganfall ist es zu einer erhöhten GLUT-1-Expression in GS und WS (p<0,05 WS) von Region I der Kontrollgruppe gekommen. Auch in Region I der Therapiegruppe konnten er-höhte GLUT-1-Dichten in GS und WS (p<0,05 WS) detektiert werden, zusätzlich dazu lag in der GS von Region III der Therapiegruppe eine erhöhte GLUT-1-Dichte vor (p<0,05). Der Vergleich zwischen beiden Gruppen zeigte Veränderungen durch die Therapie für die Regio-nen I und II auf. Die GLUT-1-Dichte der WS war in beiden Regionen in der TG erhöht (p<0,05), die GS von Region I zeigte in der Therapiegruppe eine geringere GLUT-1-Dichte. Ein Schlaganfall führt zu einer Erhöhung der GFAP sowie GLUT-1-Dichten in WS und GS im infarktnahen Gebiet. Durch die Transplantation von 4x106 autologen mononukleären Knochenmarkzellen pro kg KGew 24 Stunden nach dem Schlaganfall können diese Strukturen in ihren Expressionsmustern beeinflusst werden, dabei reagieren graue und weiße Substanz unterschiedlich: Die GS mit einer Verringerung, die WS mit einer Erhöhung der GFAP- bzw. GLUT-1-Dichte (p<0,05 WS, GLUT-1). Die Funktionskreisläufe in infarktfernen Regionen sind sieben Wochen nach dem Schlaganfall auf Astrozytenebene normalisiert (vgl. Region III). Die erhöhte GLUT-1-Dichte (p<0,05) in der GS der infarktfernen Region ist möglicherweise mit einem erhöhten Glukosemetabolismus in Verbindung zu setzen. Dies kann jedoch erst durch die Auswertung der FDG-PET-Daten beantwortet werden. Ob die durch Transplantation autologer mKMZ festgestellten Veränderungen der GFAP- und GLUT-1-Dichte in der Therapiegruppe zusätzlich mit einer verbesserten motorischen Leistung der Tiere einhergingen, wird erst durch die Analyse der Daten aus den Verhaltenstests festgestellt werden können.

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Ziele der hier vorliegenden Arbeit waren eine immunhistochemische Analyse von GFAP (‚glial fibrillary acidic protein’) und GLUT-1 (Glukosetransporter-1) nach fokaler zerebraler Ischämie sowie deren mögliche Beeinflussung durch eine intravenöse Transplantation autologer mononukleärer Knochenmarkzellen (mKMZ) im Schafmodell. Eine differenzierte Analyse der Zielstrukturen in grauer und weißer Substanz (GS bzw. WS) sollte Aufschluss über eventuell unterschiedliche Reaktionsmuster liefern. Das Gehirnmaterial von zehn Tieren der bereits 2006/2007 stattgefundenen Studie, welche mit PET und MRT-Untersuchungen sowie der Durchführung von Verhaltenstests einherging, wurde retrospektiv im Rahmen der vorliegenden Arbeit untersucht. Je fünf gehörten zu einer Kontroll- bzw. Therapiegruppe (KG bzw. TG). Bei allen Versuchstieren wurde durch die permanente Okklusion der linken mittleren Zerebralarterie (pMCAO) eine fokale zerebrale Ischämie im Bereich des Neokortex hervorgerufen. Die Tiere der Therapiegruppe erhielten 24 Stunden nach dem Eingriff eine Transplantation autologer mKMZ (4x106/kg KGew). Nach sieben Wochen wurden die Versuchstiere getötet, ihre Schädel perfundiert und ihre Gehirne fixiert. Eine Lamelle der Gehirne wurde für die anschließende histologische Untersuchung in 30% Saccharose konserviert. Nach der Etablierung der Antikörper GFAP und GLUT-1 wurden vier Regionen der Gehirn-lamellen immunhistochemisch markiert und abschließend qualitativ und quantitativ analysiert. Die Regionen I (infarktnah) und III (infarktfern) lagen in der ipsilateralen Hemisphäre, die Regionen II (korrespondierend zu Region I) und IV (korrespondierend zu Region III) in der kontralateralen Hemisphäre. Durch den höheren Substanzverlust an Gehirnmasse in der ipsi-lateralen Hemisphäre der KG, wurden in dieser Tiergruppe die Regionen III und IV nicht ausgewertet. Vor der Analyse sind die physiologischen Markierungsmuster der vier Regionen in grauer und weißer Substanz an zwei gesunden Tieren (Prozesskontrolle) aufgezeigt worden. Durch die elektronenmikroskopische Untersuchung von Präparaten und anhand von GFAP/GLUT-1 doppelmarkierten Präparaten konnte festgestellt werden, dass die Astrozytenendfüßchen durch den hier verwendeten GLUT-1 Antikörper nicht markiert wur-den, sondern dass alleinig die gefäßständige, 55 kDa schwere Isoform detektiert worden ist. Die fokale zerebrale Ischämie führte in beiden Gruppen zu einer hochgradigen reaktiven Astrogliose mit Ausprägung einer Glianarbe in Region I. Protoplasmatische Astrozyten der grauen und fibrilläre Astrozyten der weißen Substanz zeigten hypertrophe Veränderungen. Die reaktive Astrogliose von Region I spiegelte sich in einer erhöhten GFAP-Dichte wider (p<0,05 in der Therapiegruppe). Region III hatte die gleiche GFAP-Dichte wie die Regionen II und IV. Der direkte Vergleich zwischen den Regionen I der beiden Gruppen zeigte Veränderungen der GFAP-Dichte durch die Zelltherapie auf: In der GS der Therapiegruppe lag eine geringere GFAP-Dichte vor, in der WS eine höhere (≠ p<0,05; GS und WS). Die Ergebnisse der GLUT-1-Analyse sind denen der GFAP-Analyse sehr ähnlich. Durch den Schlaganfall ist es zu einer erhöhten GLUT-1-Expression in GS und WS (p<0,05 WS) von Region I der Kontrollgruppe gekommen. Auch in Region I der Therapiegruppe konnten er-höhte GLUT-1-Dichten in GS und WS (p<0,05 WS) detektiert werden, zusätzlich dazu lag in der GS von Region III der Therapiegruppe eine erhöhte GLUT-1-Dichte vor (p<0,05). Der Vergleich zwischen beiden Gruppen zeigte Veränderungen durch die Therapie für die Regio-nen I und II auf. Die GLUT-1-Dichte der WS war in beiden Regionen in der TG erhöht (p<0,05), die GS von Region I zeigte in der Therapiegruppe eine geringere GLUT-1-Dichte. Ein Schlaganfall führt zu einer Erhöhung der GFAP sowie GLUT-1-Dichten in WS und GS im infarktnahen Gebiet. Durch die Transplantation von 4x106 autologen mononukleären Knochenmarkzellen pro kg KGew 24 Stunden nach dem Schlaganfall können diese Strukturen in ihren Expressionsmustern beeinflusst werden, dabei reagieren graue und weiße Substanz unterschiedlich: Die GS mit einer Verringerung, die WS mit einer Erhöhung der GFAP- bzw. GLUT-1-Dichte (p<0,05 WS, GLUT-1). Die Funktionskreisläufe in infarktfernen Regionen sind sieben Wochen nach dem Schlaganfall auf Astrozytenebene normalisiert (vgl. Region III). Die erhöhte GLUT-1-Dichte (p<0,05) in der GS der infarktfernen Region ist möglicherweise mit einem erhöhten Glukosemetabolismus in Verbindung zu setzen. Dies kann jedoch erst durch die Auswertung der FDG-PET-Daten beantwortet werden. Ob die durch Transplantation autologer mKMZ festgestellten Veränderungen der GFAP- und GLUT-1-Dichte in der Therapiegruppe zusätzlich mit einer verbesserten motorischen Leistung der Tiere einhergingen, wird erst durch die Analyse der Daten aus den Verhaltenstests festgestellt werden können.

Zielsetzung In den Industrieländern stellt der Schlaganfall nach kardiovaskulären und Krebs – erkrankungen die dritthäufigste Krankheitsgruppe dar. Im Hinblick auf die Therapie des akuten Schlaganfalls muss die bildgebende Diagnostik schnell und einfach das Ausmaß der zerebralen Ischämie beschreiben können. Ziel dieser Studie war die Einführung und die Validierung eines CT – Protokolls, welches die Diagnostik des akuten Schlaganfalls verbessern soll. Zu diesem CT – Protokoll gehören ein Nativ – CT des Schädels, eine CT – Perfusionsuntersuchung und eine CT – Angiographie. Zusätzlich wollte diese Arbeit herausfinden, ob es physiologische Unterschiede zwischen der grauen Substanz und der weißen Substanz gibt, deren Kenntnis entscheidend für die Auswertung von computertomographischen Perfusionsuntersuchungen sind. Material und Methoden Insgesamt wurden 101 Patienten (Alter von 14 – 94 Jahre, mittleres Alter 69 Jahre) mit einem 8 – bzw. 16 – Zeilen – MSCT (Light Speed Ultra oder Light Speed pro 16, GE Healthcare), die zur Abklärung einer zerebralen Ischämie zum CT vorgestellt wurden, untersucht. Zuerst wurde eine native CT – Serie akquiriert. In der Untersuchung der zerebralen Perfusion wurde eine 2 cm breite Schicht über 60 sec mit 20 intermittierenden Aufnahmen während einer Injektion von 40 ml Kontrastmittel (Iopromid, Jodgehalt von 370 mg) aufgezeichnet. Daran an schloss sich eine CT – Angiographie Untersuchung. Zur Bestimmung des regionalen zerebralen Blutflusses, des regionalen zerebralen Blutvolumens und der mittleren Verweildauer wurden definierte Messfelder (Regions of Interests, ROIs) bestimmt und mit der kontralateralen Hemisphäre verglichen. Ergebnisse Es konnte gezeigt werden, dass der regionale zerebrale Blutfluss und das Blutvolumen im Bereich der Hirnrinde höher sind als im Hirnmark. Insgesamt wurden 66 Patienten mit einer zerebralen Ischämie wurden gefunden. Bei 22 dieser Patienten konnte ein Infarktgeschehen in der Nativ – CT diagnostiziert werden. Diese Ischämien ließen sich auch in der CT – Perfusion mit reduziertem regionalem zerebralem Blutfluss und verlängerter mittlerer Verweildauer nachweisen. Zusätzlich fanden sich 44 Patienten von 101 Untersuchten, die in der CT – Perfusion ein Perfusionsdefizit aufwiesen. Bei diesen Patienten ließ sich kein entsprechendes Korrelat in der Nativ – CT nachweisen. Für 38 dieser 44 Patienten konnte eine CTA durchgeführt werden, wovon für 35 Patienten ein Korrelat zwischen der CT – Perfusion und der CTA gefunden werden konnte. Schlussfolgerung Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass es physiologische Unterschiede zwischen der Hirnrinde und dem Hirnmark gibt, deren Kenntnis für die Bewertung computertomographischer Perfusionsuntersuchungen eine wesentliche Interpretationshilfe darstellt. In Bezug auf die Diagnostik des akuten Schlaganfalls mit der Nativ – CT konnte diese Arbeit zeigen, dass der Nachweis von Infarktfrühzeichen eingeschränkt ist. Mit Hilfe der CT – Perfusion ist es möglich, anhand von zerebralen Perfusionswerten den Schweregrad und die Ausdehnung der zerebralen Ischämie zu bestimmen. Die CT – Angiographie zeigt eine gute Korrelation zur CT – Perfusion, es lassen sich zuverlässig Gefäßverschlüsse darstellen. Im Hinblick auf das weitere Therapievorgehen geben diese Methoden eine wichtige Hilfestellung, etwa zur Überlegung, ob man eine Lysetherapie durchführen sollte oder nicht. / Purpose Stroke is the third – leading cause of death in developed countries, following cardiovascular disease and cancer. There is a need for an easily and rapidly performed technique to detect cerebral ischemia in the first hours after its occurrence. The purpose of this study was the introduction and validation of a Stroke protocol which includes an unenhanced CT scan, a CT Perfusion and a CT Angiography. Furthermore, the purpose of this study was to determine if there is a difference between Perfusion parameters in gray and white matter, which are necessary to know while performing perfusion maps. Data and Methodology A total of 101 patients (age range 14 – 94, average age 69 years) were examined using multiple row CT (8 / 16 row multiple detector, light ultra speed or light speed 16, GE medical systems) for diagnosing cerebral ischemia. First a series of native images was acquired. During the examination of cerebral perfusion a 2 cm wide slab was recorded for 60 sec with 20 intermittent scans following injection of 40 ml of contrast medium with an iodine content of 370 mg / ml. By defining Regions of Interests (ROIs) regional cerebral blood flow (CBF), regional cerebral blood volume (CBV) and mean transit time (MTT) were calculated. Results Physiological regional cerebral blood flow and cerebral blood volume in gray matter were higher than in white matter. In total 66 patients with a cerebral ischemia were found. The unenhanced CT detected 22 patients with cerebral ischemia, which were confirmed by CT Perfusion in all cases. These ischemic areas revealed reduced regional CBF and extended MTT. Furthermore an ischemia correlative was discovered by perfusion analysis for 44 patients (out of 101 investigated) where the extent of the cerebral ischemia had not been visible by unenhanced CT. For 38 out of 44 patients with cerebral ischemia we were able to perform a CTA. For 35 out of these 38 patients, we found a sizable correlation between perfusion maps and CTA. Conclusion There are physiological differences for CT Perfusion parameters between gray and white matter, which are necessary to know for the interpretation of perfusion maps. However, this examination was able to show that unenhanced CT is not always capable of showing early CT signs. With the help of CT perfusion it is possible to detect the extent of acute cerebral ischemia. Furthermore, CT Angiography shows a sizable correlation compared to CT Perfusion. In conjunction, these methods give important Information for the early diagnosis and the therapeutic strategy of ischemic brain injury.

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