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Helicobacter pylori ist ein gramnegatives, spiralförmiges Bakterium, dessen natürliches Habitat der menschliche Magen darstellt. Ungefähr 50% der weltweiten Bevölkerung gelten als infiziert, wobei die Infektion nur in 10% der Fälle symptomatisch ist. Komplikationen einer H. pylori Infektion sind chronische Gastritis, Ulcus ventriculi et duodeni, Magenkarzinom und gastrales MALT-Lymphom. Obwohl die gemeinsame Geschichte von Homo sapiens und Helicobacter pylori weit zurückreicht, wurde H. pylori und sein Zusammenhang mit diversen Magenerkrankungen erst in den 80iger Jahren des 20. Jahrhunderts bekannt, was dazu führt, dass noch viele Fragen unbeantwortet sind. Biolumineszenz Bildgebung in vitro und in vivo könnte bei der Antwortsuche behilflich sein. Die Möglichkeit durch biolumineszierende Erreger Infektionen longitudinal und quasi unmittelbar im lebenden Tier darstellen zu können ohne das Versuchsobjekt bei der Untersuchung zu zerstören, stellt eine große Chance dar, die schon bei vielen verschiedenen Bakterien genutzt wurde. Ziel dieser Arbeit war es mit Hilfe des Luciferase-Operons des Bakteriums Photorhabdus luminescens biolumineszierende H. pylori zu konstruieren und im Weiteren deren Überleben im Tiermodell zu testen. Dabei wurden verschiedene Konstrukte gewählt, die entweder das Lux-Operon (luxCDABE) im Ganzen exprimierten oder geteilt in seine funktionellen Einheiten luxAB und luxCDE. Weiter wurden verschiedene Insertionsorte und verschiedene Promotoren ausprobiert. Es gelang schließlich 7 verschiedene biolumineszierende H. pylori Mutanten mit verschiedenen Biolumineszenzintensitäten zu generieren. Von diesen H. pylori Mutanten konnte eine 8 Wochen nach Infektion aus dem Tier rückisoliert werden, wobei die Fähigkeit zur Biolumineszenz erhalten blieb. Die ersten Schritte auf dem Weg zu einem biolumineszierenden H. pylori und der Biolumineszenz Bildgebung desselben in vivo sind getan. Verbesserungen der Konstrukte, andere Promotoren, Insertionsorte, Modelltiere und neuartige CCD-Kameras lassen eine große Bandbreite an Variationen und Möglichkeiten zu, deren Ergebnisse sich in Zukunft weiter zeigen werden.

Fri, 16 Jan 2009 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/9955/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/9955/1/Schebesch_Gabriele.pdf Schebesch, Gabriele

In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von Bradykinin auf die zerebrale Mikrozirkulation untersucht. Von besonderer Bedeutung war hierbei die Beurteilung der Interaktion von Leukozyten und Thrombozyten mit dem Gefäßendothel. Die verschiedenen Schritte der Leukozyten Aktivierung wurden bei vielen verschiedenen Krankheitsbildern nachgewiesen und tragen durch eine Verstärkung einer initialen Entzündungsreaktion zu einer zusätzlichen Schädigung des Gewebes bei. Zunehmend gibt es auch Hinweise für eine Beteiligung der Thrombozyten an der sekundären Gewebsschädigung z.B. nach Ischämie und Reperfusion unterschiedlicher Organsysteme. Die einzelnen Mechanismen, die zur Initiierung von Leukozyten und Thrombozy-ten Endothelinterkationen führen sind nur unzureichend verstanden. Untersuchungen an unterschiedli-chen Organen und bei unterschiedlichen Krankheitsbildern weisen auf eine Rolle des Kallikrein Kinin Systems bei der Aktivierung von Leukozyten hin. Die genauen Abläufe und die verantwortlichen Re-zeptoren des Kallikrein Kinin Systems wurden in der zerebralen Mikrozirkulation bisher nicht unter-sucht. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war deshalb, die Wirkung von Bradykinin auf die zerebrale Mikrozirkulation und die dafür verantwortlichen Rezeptoren in einem in vivo Modell mit Hilfe der Fluoreszenz Intravitalmikroskopie zu untersuchen. Die Beurteilung der Mirkozirkulation sollte dabei in vivo erfolgen mit Zuhilfenahme der Histologie zur Beurteilung einer möglichen Extravasation von Leukozyten in das Hirnparenchym. Zur Durchführung der Untersuchungen wurde erstmals eine Methode zur Fluoreszenzfärbung von Thrombozyten in der Mongolischen Wüstenrennmaus etabliert. Dies ermöglichte in dem bereits etab-lierten Tiermodell des geschlossenen Schädelfensters die Untersuchung der einzelnen Schritte der Thrombozyten Endothelinteraktion in vivo. Zur Färbung der Thrombozyten war deren Isolation nötig, wobei die Aufrechterhaltung der Funktion der Thrombozyten in vitro und in vivo nachgewiesen wur-de. In dem verwendeten Modell war somit die Beurteilung von Leukozyten und Thrombozy-ten Endothelinteraktionen, arteriellen und venösen Gefäßdurchmessern, der funktionellen Kapillar-dichte, der mikrovaskulären Durchblutung und der Störung der Blut Hirnschranke möglich. Um eine mögliche Rolle des Kallikrein Kinin Systems bei pathologischen Vorgängen der zerebralen Mikrozirkulation zu untersuchen, erfolgte die intravasale Applikation von Bradykinin in verschiede-nen Konzentrationen über einen Zeitraum von 30 Minuten in die A. carotis interna. Während der Bradykinin Infusion kam es zu einem dosisabhängigen Abfall des Blutdrucks sowie der mikrovaskulären Durchblutung. Diese Werte erholten sich nach Ende der Infusion wieder und erreich-ten teilweise das Ausgangsniveau. Als möglicher Mechanismus für den Abfall des Blutdrucks und der Durchblutung kommt eine systemische Vasodilatation in Frage. Eine Veränderung der zerebralen Ge-fäßdurchmesser konnte nicht festgestellt werden. Die Blockade des Kinin B2 Rezeptors führte zu einer Verringerung des Blutdruckabfalls während der Bradykinin Infusion sowie zu einem höheren Anstieg des Blutdrucks bis zum Ende des Beobachtungszeitraums. Außerdem führte die Kinin B2 Rezep-tor Blockade zu einer geringeren Reduktion der mikrovaskulären Durchblutung während der Bradyki-nin Infusion. Im Gegensatz dazu führte die Blockade des Kinin B1 Rezeptors zu einer ausgeprägteren Reduktion der mikrovaskulären Durchblutung während der Infusion sowie am Ende des Beobach-tungszeitraums. Bradykinin induziert einen dosisabhängigen Anstieg der Anzahl rollender und adhärenter Leukozyten. Die Anzahl rollender Leukozyten nahm bis zum Ende des Beobachtungszeitraums stetig zu, die An-zahl adhärenter Leukozyten erreichte den Höchstwert eine Stunde nach Ende der Bradykinin Infusion. Analog zu den Untersuchungen aus der Intravitalmikroskopie fand sich in der histologischen Untersu-chung mit Hilfe der Esterase Färbung eine erhöhte Anzahl von Leukozyten im Hirnparenchym. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Bradykinin Leukozyten Endothelinteraktionen initiieren kann und an allen Schritten der Aktivierung bis zur Emigration in das Gewebe beteiligt ist. Diese Vorgänge schei-nen durch den Kinin B2 Rezeptor vermittelt zu werden, da eine Blockade desselben die Leukozy-ten Aktivierung verringern konnte. Die Blockade des Kinin B1 Rezeptors führte zu keiner signifikan-ten Veränderung der Leukozyten Endothelinteraktionen. Analog zur Wirkung auf die Leukozyten Endothelinteraktion führte Bradykinin zu einer Initiierung von Thrombozyten Endothelinteraktionen. Allerdings konnte lediglich eine erhöhte Anzahl rollender Thrombozyten beobachtet werden, adhärente Thrombozyten wurden nicht beobachtet. Eine mögliche Erklärung bieten Untersuchungen, die zeigen konnten, dass Bradykinin eine Thrombozy-ten Aktivierung hemmen kann. Da diese für die Adhärenz der Zellen am Gefäßendothel nötig ist, kann Bradykinin zwar durch Hochregulation endothelialer Adhäsionsmoleküle ein Rollen der Zellen am Endothel bewirken, jedoch eine feste Adhärenz verhindern. Wie bereits bei den Leukozy-ten Endothelinteraktionen führte die Gabe des Kinin B2 Rezeptorantagonisten zu einer Verringerung der rollenden Thrombozyten. Die funktionelle Kapillardichte änderte sich durch Infusion von Bradykinin ohne Rezeptorantagonisie-rung nur vorübergehend. Allerdings führte eine Blockade des Kinin B1 Rezeptors zu einem stetigen Abfall der funktionellen Kapillardichte bis zum Ende des Beobachtungszeitraums. Die verantwortli-chen Mechanismen sind dabei unklar, eine erhöhte Anzahl von adhärenten Leukozyten oder ein Ver-schluss der untersuchten Gefäßabschnitte durch Thrombozytenaggregate konnte nicht beobachtet wer-den. Insgesamt weisen die vorgestellten Versuche auf eine Beteiligung des Kallkrein Kinin Systems bei der Aktivierung von Leukozyten und Thrombozyten in der zerebralen Mikrozirkulation hin. Dieser Me-chanismus scheint durch den Kinin B2 Rezeptor vermittelt zu werden und wird möglicherweise durch eine Hochregulation endothelialer Adhäsionsmoleküle vermittelt. Die Aktivierung des Kinin B1 Re-zeptors könnte eine protektive Wirkung gegen die Mangelperfusion von Kapillaren mit Abnahme der nutritiven Durchblutung haben. Diese Ergebnisse bieten eine mögliche Erklärung für den protektiven Effekt von Kinin B2 Rezeptoran-tagonisten in unterschiedlichen Modellen zerebraler Insulte. Eine protektive Wirkung des Kinin B1 Rezeptors wurde häufig postuliert, es gibt jedoch bisher wenige Untersuchung zur Wirkung von Kinin B1 Rezeptoragonisten bei pathologischen Prozessen des Gehirns. Die vorliegenden Ergebnisse können die Grundlage für weitere Untersuchungen zu Veränderungen der Mikrozirkulation bei verschiedenen Krankheitsbildern des zentralen Nervensystems bilden. Nur eine genaue Kenntnis der komplexen und multifaktoriellen pathophysiologischen Prozesse wird eine effektive Therapie dieser Erkrankungen ermöglichen.

Die vorliegende Arbeit hat die Bedeutung von Leukozyten-Endothelinteraktionen bei der globalen zerebralen Ischämie zum Thema. Weiße Blutkörperchen besitzen ein enormes pathophysiologisches Potenzial, das bei Überaktivierung oder Fehlregulation für viele Symptome von Patienten mit entzündlichen Erkrankungen und für den Untergang von Gewebe verantwortlich ist. Leukozyten sind Mediatorzellen des sekundären Gewebeschadens bei der Ischämie und nachfolgenden Reperfusion, wie für viele Organe gezeigt wurde. Auch bei der globalen zerebralen Ischämie wird eine pathogenetische Rolle von Leukozyten – bislang kontrovers – diskutiert. Zahlreiche Befunde sind aus klinischen und experimentellen Studien hervorgegangen, die sowohl für als auch gegen eine Beteiligung von aktivierten Leukozyten am ischämischen Hirnschaden sprechen. Die Bedeutung von Leukozyten-Endothelinteraktionen und von Veränderungen der zerebralen Mikrozirkulation sind in diesem Zusammenhang nach wie vor nicht geklärt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, das Verhalten von Leukozyten und die zerebrale Mikrozirkulation bei der globalen zerebralen Ischämie zu untersuchen, einschließlich der morphologischen und funktionellen Auswirkungen von pathologischen Veränderungen. Für diese Untersuchungen wurde erstmals ein chronisches Modell der globalen zerebralen Ischämie mit Mongolischen Wüstenrennmäusen etabliert, das die Quantifizierung von Parametern der Mikrozirkulation, insbesondere von Leukozyten-Endothelinteraktionen, ermöglichte, sowie von funktionellen Defiziten und von Nervenzelluntergängen. Die Präparation eines geschlossenen Schädelfensters mit Erhalt einer intakten Dura mater und die einfache, wenig traumatische, extrakranielle, reversible Unterbindung beider Halsschlagadern zur Induktion der Ischämie erlaubte das Überleben der Versuchstiere. Somit konnte die intravitale Fluoreszenzmikroskopie zur Analyse der zerebralen Mikrozirkulation mit der Erhebung morphologischer Parameter anhand histologischer Untersuchungen und von funktionellen Defiziten bei denselben Versuchstieren unter chronischen Bedingungen kombiniert werden. Die beidseitige, 15-minütige Karotisokklusion führte zur ausgeprägten Ischämie des Großhirns gefolgt von einer, auch in anderen Untersuchungen beschriebenen, typischen postischämischen Hyper- und verzögerten Hypoperfusion des Gehirns. Diese Änderungen der Hirndurchblutung konnten in enger Korrelation mit Laser-Doppler Fluxmetrie und Bestimmung der arteriovenösen Transitzeit bestätigt werden. Die einfache Berechnung der arteriovenösen Transitzeit wurde als Verfahren validiert die regionale Durchblutung wiederholt und ohne Traumatisierung durch Intravitalmikroskopie zu bestimmen. Die globale zerebrale Ischämie führt zu einer eher kurzen Aktivierung von Leukozyten-Endothelinteraktionen mit stetem Anstieg der Zahl rollender und adhärenter Leukozyten in postkapillären Venolen in der frühen Reperfusionsphase bis 3 Stunden nach dem Insult. Sechs Stunden nach Reperfusionsbeginn nahm die Leukozytenaktivierung wieder ab, nach 7 Stunden war sie auf das Niveau von Kontrolltieren abgefallen. Die Aktivierung war unabhängig vom Status der mikrovaskulären Perfusion; sie konnte in den histologischen Schnitten mit Leukozyten-spezifischer Färbung auch in den tiefen, parenchymatösen Strukturen nachgewiesen werden. Unter Kontrollbedingungen fanden in den Hirngefäßen keine Interaktionen von Leukozyten mit dem Endothel statt, eine weitere Beobachtung, die wie der Erhalt der Blut-Hirnschrankenintegrität für die Qualität des Modells spricht. Ein andauernder Verschluss von Kapillaren durch Leukozyten – Plugging – konnte nicht beobachtet werden. Ebenso wenig wurde eine Veränderung der Zahl perfundierter Kapillaren in der postischämischen Phase gefunden, die Kapillardichte blieb nach dem ischämischen Insult unverändert. Eine globale Ischämie des Gehirns führt zu neurologischen Defiziten, Änderungen des Verhaltens und zu einer Abnahme des Körpergewichts. Vier Tage nach Insult wurde ein erheblicher Untergang von selektiv vulnerablen Nervenzellen im Kortex, Hippocampus und Striatum festgestellt, wobei das Ausmaß des Zellverlusts im Kortex mit dem Auftreten der funktionellen Ausfälle korreliert war. Ein statistischer Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der Leukozytenaktivierung und des neurologischen Defizits oder dem Verlust an Körpergewicht konnte nicht festgestellt werden. Ebensowenig konnte bestätigt werden, dass vermehrtes Vorkommen von Rollern und Stickern den ischämischen Gewebeschaden vergrößert. Im Gegenteil – wider alle Erwartungen – war das Ausmaß der Leukozytenaktivierung direkt proportional zur Anzahl überlebender Neurone in vulnerablen Hirnarealen. Dieser Zusammenhang war als Trend in fast allen Hirnarealen erkennbar und erreichte in einigen sogar signifikantes Niveau. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die globale zerebrale Ischämie Leukozyten-Endothelinteraktionen aktiviert – allerdings nur vorrübergehend. Eine Beteiligung der Leukozytenaktivierung an der postischämischen Minderperfusion des Gehirns war nicht nachweisbar. Die Ausgangshypothese, dass aktivierte Leukozyten den ischämischen Hirnschaden verstärken, konnte nicht bestätigt werden. Das Vorliegen eines statistischen Zusammenhangs zwischen dem Ausmaß der Leukozytenaktivierung und der Zahl von überlebenden Nervenzellen könnte neue Hypothesen generieren; z. B. könnten aktivierte Leukozyten neuroprotektive Eigenschaften haben und/oder regenerative Prozesse im postischämischen Gehirn unterstützen. Zusammengefasst kommt es in diesem experimentellen Modell einer globalen zerebralen Ischämie beim Gerbil zu einer transitorischen Aktivierung von Leukozyten-Endothelinteraktionen, jedoch ohne dass dadurch der sekundäre Hirnschaden verstärkt würde. Diese Beobachtung ist neu – sie kann hierzu vorliegende widersprüchliche Befunde über die Bedeutung von Leukozyten-Endothelinteraktionen bei der globalen Ischämie besser verständlich machen.

Inhibition spielt auf allen Ebenen der Hörbahn eine entscheidende Rolle, um komplexe Schallstimuli präzise zu verarbeiten. Die meisten Neurone im auditorischen Kortex, der höchsten Verarbeitungsebene im Hörsystem, zeigen sowohl Exzitation wie auch Inhibition in Antwort auf die Präsentation eines Stimulus. Eine Möglichkeit, Inhibitionsmechanismen zu untersuchen, bietet das 2-Ton-Paradigma. Bei der Präsentation von zwei Stimuli im Abstand von mehreren Millisekunden, von denen der erste Stimulus (Maskierer) in Frequenz und Intensität variiert, können die Auswirkungen auf die neuronale Verarbeitung des zweiten Reizes (Probe-Stimulus, konstant in Frequenz und Intensität) untersucht werden. Vorangegangene Studien zeigen, dass der Maskierer auch bei Frequenz-Intensitätskombinationen, welche außerhalb des exzitatorischen rezeptiven Feldes liegen, zu deutlicher Maskierung des Probe-Stimulus führt. Interessanterweise decken sich diese Bereiche mit Verbreiterungen der exzitatorischen Abstimmkurven, die während der Applikation des GABAA-Antagonisten Bicucullin (BIC) bestimmt wurden. Dies führte zu der Vermutung, dass die inhibitorischen Seitenbänder, die im Rahmen der 2-Ton-Reizung erfasst werden, durch GABAerge Prozesse im Kortex zustande kommen. Diese Vermutung wurde in der vorliegenden Arbeit mit Hilfe neurophysiologischer Ableitungen an leicht betäubten Mongolischen Wüstenrennmäusen (Meriones unguiculatus) im primären auditorischen Kortex untersucht und 2-Ton-Maskierbereiche vor und während der Applikation des GABAA-Antagonisten BIC gemessen.

Mit Hilfe der siggnature tagged mutagenesis (STM) wurden Gene bei Helicobacter pylori identifiziert, die für die das Überleben von Helicobacter pylori im Magen von Mongolischen Wüstenrennmäusen essentiell sind.