Podcasts about reperfusionsmodell

Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der postischämischen Hypothermie auf die Integrität der Mikrogefäße nach transienter fokaler zerebraler Ischämie mit anschließender Reperfusion zu untersuchen und mögliche protektive Mechanismen darzulegen. Der Einfluss der Hypothermie auf die Mikrogefäße soll dabei im Mausmodell an Knock-Out (KO) Mutanten des PPS unter normothermer und hypothermer Behandlung genauer untersucht werden. Als Ischämiemodell wurde das „transient middle cerebral artery occlusion“ Modell (tMCAO) mit einer 3-stündigen Ischämie und 24-stündigen Reperfusionsphase (I3R24) gewählt. Neben Wildtyptieren, die als Kontrolle dienten, wurden KO Mutanten (Plg-/-, tPA-/-, uPA-/- und PAI-1-/- Mäuse) aus dem PPS nach tMCAO untersucht. Postischämisch wurde durch extrakorporale Kühlung eine 24-stündige, milde bis moderate Hypothermie erzeugt und überwacht. Nach Beendigung der hypothermen oder normothermen Behandlung erfolgte nach Perfusion die Entnahme des Gehirns. Im weiteren Verlauf wurden Gehirnschnitte zur volumetrischen, immunohistochemischen und biochemischen Aufarbeitung und Auswertung erstellt. In dieser Arbeit zeigte sich, dass die hypotherme Therapie im Mausmodell eine wirkungsvolle physikalische Methode darstellt die Schädigungen (u.a. Reduzierung des Infarktvolumens, Verminderung der Blutung) nach einem Schlaganfall effektiv zu mindern. Die gewonnenen Ergebnisse aus den Hypothermiedaten belegen, dass die Reduzierung des ischämischen Schadens unter Hypothermie kein reiner Temperatureffekt ist. Dafür spricht unter anderem die starke Supprimierung der uPA Aktivität bei gleichbleibender tPA Aktivität unter hypothermer Therapie. Die stabilen Konzentrationen der Inhibitoren TIMP-1 und TIMP-2 bei gleichzeitig sinkender MMP-9 Konzentration, sprechen ebenso für die selektive Wirkung der Hypothermie. Somit wird das proteolytische Gleichgewicht aus Proteasen (MMPs) und den zu gehörigen Inhibitoren (TIMPs) in Richtung Inhibition verschoben. Mit Hilfe der hier verwendeten Knock-Out Mutanten im Ischämie-Reperfusionsmodell konnte bestätigt werden, dass die Proteasen des PPS entscheidend für den ischämischen Schaden sind. So wirkte sich vor allem die Deletion des Plasminogenaktivators uPA abschwächend auf den mikrovaskulären Schaden aus. Wird ein wichtiger Inhibitor des PPS, PAI-1, genetisch deletiert, so stieg der ischämische Schaden, gezeigt am Infarktvolumen und den geschädigten Mikrogefäßen, an. Die Hypothermiebehandlung an Knock-Out Tieren des PPS zeigten selektive Schutzmechanismen für die zerebralen Mikrogefäße. Der deutlichste Effekt konnte durch die Modulation des uPA erzielt werden. Hypothermie beeinflusst das schädigende uPA überproportional. tPA dagegen scheint während der Hypothermie eine protektive Wirkung auf das mikrovaskuläre System zu entfalten. So legen die Ergebnisse dieser Studie eine Wirkweise über die Regulation des MMP-Inducers EMMPRIN nahe; tPA ist möglicherweise verantwortlich für ein Reduzierung des EMMPRINs und damit für eine Reduzierung der Matrixmetalloproteasen. In dieser Arbeit konnte mit dem gewählten experimentellen Aufbau, der Kombination einer moderaten Hypothermie mit ausgewählten Knock-Out Mutanten des PPS, im Ischämie- Reperfusionsmodell eindeutig gezeigt werden, dass Hypothermie einen selektiven Schutz bei der Behandlung der zerebralen Ischämie bietet. Einige Mechanismen konnten aufgezeigt werden und bieten Ansatzpunkte für weitere, eventuell klinisch anwendbare Therapiemöglichkeiten.

Der akute Myokardinfarkt ist eine der häufigsten Diagnosen in den industrialisierten Ländern. In der Regel kommt es zu einem thrombotischen Verschluss einer Koro-nararterie. Die rasche Revaskularisierung und die dadurch erhoffte Reduktion des in-farzierten Areals ist die wichtigste therapeutische Maßnahme zur Rettung des ischämischen Myokards und zur Senkung der Morbidität und Mortalität. Nach der plötzlichen Reperfusion des postischämischen Gewebes kommt es zu einem soge-nannten myokardialen Ischämie/Reperfusionsschaden, der sich als Endothel- und Myozytenschädigung ausbildet. Folge von rascher Reoxygenierung sind u. a. eine gesteigerte inflammatorische Re-aktion und in diesem Rahmen eine gesteigerte Einwanderung von Leukozyten in das ischämische Areal. Die Rolle der Thrombozyten für die postischämische Leukozyten-rekrutierung war bisher unklar. In unserer Studie wurden Wildtyp- (WT), P-Selektin- und ICAM-1/P-Selektin-defiziente Mäuse einer 20-minütigen LAD-Okklusion unterzogen, gefolgt von 15 Mi-nuten Reperfusion, um den Effekt der Interaktion zwischen Endothel, Leukozyten und Thrombozyten und den Einfluss auf den frühen Reperfusionsschaden zu unter-suchen. Anschließend wurden die Herzen ex vivo fluoreszenzmikroskopisch bzw. mittels LV-Druckmessung im isolierten Herzen analysiert. Zur Analyse der Zell-Zell-Interaktion wurden zu Beginn der Reperfusion zirkulierende Leukozyten mit Rhoda-min G6 gefärbt bzw. 2x108 BCECF-AM- oder Rhodamin G6-gefärbte homologe oder heterologe Thrombozyten systemisch infundiert. In P-Selektin-defizienten Tieren war die Verminderung der Leukozytenrekrutierung (Abb. 11) und die Bildung der Leukozyten/Thrombozyten-Co-Aggregate (Abb. 12 sowie die Reduktion des postischämischen linksventrikulären Funktionsverlustes (Tabelle 5) moderat. Dieser Effekt wurde durch die zusätzliche Abwesenheit von ICAM-1 verstärkt (Abb. 11, Abb. 12, Tabelle 5). Die Adhäsion von Plättchen war nicht beeinflusst (Abb. 13). Die Inhibition der Thrombozytenadhäsion mittels Tirofiban, ei-nem GPIIb/IIIa-Inhibitor (Abb. 14), reduzierte die Leukozytenadhäsion und die links-ventrikuläre Dysfunktion (Abb. 15, Tabelle 5). Während in ICAM-1/P-Selektin-defizienten Herzen die direkte Rekrutierung von Leukozyten stark eingeschränkt war, konnte diese durch die Infusion von Wildtyp-Plättchen nahezu vollständig wiederher-gestellt werden. Die Inhibition der Plättchenadhäsion durch die zusätzliche Gabe von Tirofiban konnte diesen Effekt wieder aufheben (Abb. 19). Unsere Experimente de-monstrieren erstmals die Rolle des thrombozytären P-Selektins und des ß3-Integrins GPIIb/IIIa als redundanten Rekrutierungsmechanismus für die thrombozyten-vermittelte postischämische Leukozytenrekrutierung in vivo. Über diesen redundanten Mechanismus tragen Thrombozyten indirekt zum Reperfu-sionsschaden bei, indem sie die postischämische Leukozytenadhäsion verstärken. Diese thrombozyten-vermittelte Leukozytenadhäsion benötigt P-Selektin-suffiziente Plättchen, nicht jedoch endotheliales P-Selektin. Die Antagonisierung von GPIIb/IIIa, die in Patienten effektiv ist für die Thrombolysehandlung31, PTCA177 und Stent-Implantation10, 149, 203, inhibiert sowohl die Plättchenadhäsion als auch thrombozyten-vermittelte Leukozytenrekrutierung. Im experimentellen Modell der akuten myokardialen Ischämie und Reperfusion zeigte die GPIIb/IIIa-Antagonisierung eine protektive Wirkung über die Plättchen-Inhibition hinaus, in dem sie den durch plättchen-vermittelte Leukozytenrekrutierung induzier-ten akuten Reperfusionsschaden reduzierte. In einem weiteren Schritt wurde ein chronisches Mausmodell der myokardialen Ischämie und Reperfusion etabliert, um die Auswirkungen einer reduzierten Leukozy-tenadhäsion auf den chronischen postischämischen Reperfusionsschaden zu unter-suchen und mit alternativen Behandlungsmethoden zu vergleichen. WT-Tiere und ICAM-1-defiziente Tiere wurden einer einstündigen LAD-Okklusion unterzogen, ge-folgt von 14 Tagen Reperfusion. Anschließend wurde die linksventrikuläre Funktion mittels invasiver Millar-Tip Kathetermessung analysiert. 24 Stunden nach Ischämie wurden 3*106 in vitro expandierte embryonale EPC (eEPC) systemisch in WT-Tiere oder ICAM-1-defiziente Tiere infundiert. In zwei weiteren WT-Gruppen wurden auto-loge Progenitorzellen und mononukleäre Zellen aus dem Knochenmark mobilisiert mittels Gabe von 0,5µg GM-CSF 7 Tage vor Ischämie bzw. direkt postischämisch. In den ICAM-1-defizienten Tieren war der postischämische Funktionsverlust im Ver-gleich zu den WT-Kontrollen etwa im gleichen Maß verringert wie bei den eEPC-behandelten Tieren (Abb. 22 Abb. 23, Abb. 24). Unter reduzierter Leukozytenredukti-on in den ICAM-1-defizienten Tieren zeigte sich ein zusätzlicher benefizieller Effekt durch die Behandlung mit eEPCs (Abb. 22 Abb. 23, Abb. 24). DiI-markierte eEPCs konnten histologisch im Infarkt-Areal in enger Nachbarschaft mit Blutgefäßen nach-gewiesen werden (Abb. 28). Die Adhäsion von Leukozyten und der damit verbundene leukozyten-assozierte Re-perfusionsschaden ist durch die Defizienz von ICAM-1 auch im chronischen Ischä-mie/Reperfusionsmodell vermindert. Embryonale EPCs sind in der Lage in ischämisches Areal einzuwandern, zu inkorpo-rieren und protektiv auf die postischämische Funktion zu wirken. Sie können so über einen längeren Zeitraum als Quelle für parakrine, angiogenese-fördernde, humorale Aktivatoren wie z. B. Thymosin-ß4 den Remodellingprozess unterstützen und führen somit zu einer verbesserten postischämischen Funktion. Die Adhäsion von embryonalen EPCs scheint dagegen unabhängig von ICAM-1 zu sein. Hier spielen Selektine211, 1-Integrine57, 141 und indirekt auch Thrombozyten118 eine wesentliche Rolle. Die präischämische Mobilisation von hämatopoetischen Progenitorzellen aus dem Knochenmark mittels GM-CSF hatte in unserem Modell eine vergleichbar protektive Wirkung wie die eEPC-Behandlung oder die Antagonisierung der Leukozytenadhäsi-on durch ICAM-1-Defizienz, während die postischämische Applikation den posti-schämischen Funktionsverlust nicht verbesserte (Abb. 25, Abb. 26, Abb. 27). Die Zytokin-Applikation zeigte bei rechtzeitiger Applikation vor Beginn der Ischämie eine protektive Wirkung. Dieses Protokoll ist allerdings nicht in der Klinik anwendbar. In weiteren Studien wird es notwendig sein, den optimalen Zeitpunkt und die optima-le Dosis zu evaluieren und mögliche Co-Applikation, z. B. Stromal-Cell-Derived-Factor-1, zur Verbesserung der Rekrutierung und zur Effizienzsteigerung zu untersu-chen, um knochenmark-stimulierende Zytokine als erfolgversprechende Behand-lungsalternativen im akuten Koronarsyndrom am Menschen einsetzen zu können.

Da die Magnetresonanztomographie (MRT) in der Forschung und Diagnostik immer mehr an Bedeutung gewinnt, war es das Ziel dieser Arbeit, die MRT an verschiedenen Herzinsuffizienzmodellen einer Maus mittels klinischem Scanner zu etablieren und Referenzwerte zu erstellen. Es wurden gesunde Wildtyp-Mäuse untersucht und solche, bei denen zuvor ein Myokardinfarkt durch ein Ischämie/Reperfusionsmodell bzw. Dauerokklusionsmodell erzeugt wurde. Durch Ligierung der linken Koronararterie wurde der Myokardinfarkt hervorgerufen. Bei einer Gruppe schloss sich der Ischämie von 30 Minuten eine Reperfusionsphase von neun Tagen an, bei der anderen Gruppe wurde eine Dauerokklusion vorgenommen, die über einen Zeitraum von neun Tagen bestehen blieb. Vor und nach dem chirurgischen Eingriff wurden alle Tiere mittels Ultraschall untersucht. Ein 1,5 Tesla Scanner diente nachfolgend zur Untersuchung der Mäuse. Abschließend wurden die Herzen der Mäuse entnommen, mit 2,3,5-Triphenyltertrazolium-Chlorid (TTC) gefärbt, in ca 1 mm dicke Scheiben geschnitten und fotografiert. Die Infarktgröße wurde durch ein Computerprogramm ermittelt. Ein anderer Teil dieser Arbeit bestand in der Untersuchung von Mäusen, bei denen das Muscle LIM Protein (MLP) ausgeknockt war. MLP spielt eine wichtige Rolle bei der Organisation der Kardiomyozyten. Homozygote Knockouts entwickeln bei Geburt eine dilatative Kardiomyopathie, die mittels Ultraschall und MRT untersucht werden sollte. Sowohl die Werte der Echokardiographie, als auch die der MRT waren post operationem deutlich herabgesetzt, und korrelierten miteinander. Die Kontrollgruppe zeigte eine Verkürzungsfraktion (FS) von 38 ± 1,10 % und eine Auswurffraktion (EF) von 56,86 ± 8,62 %. Die Gruppe der reperfundierten Mäuse zeigte eine FS von 38,89 ± 1,15 % vor und 17,39 ± 6,28 % nach der Operation. Im MRT ergab sich für diese Gruppe eine Auswurffraktion von 54,06 ± 3,09 %. Für die Gruppe der Mäuse, bei der eine Dauerokklusion vorgenommen wurde, ergab sich bei der FS ein Wert von 38,67 ± 1,24 % vor und 11,31 ± 2,60 % nach der Operation und eine EF von 23,3 ± 9,86 %. Für die Mäuse des MLP-Stammes ergaben sich eine FS von 16,22 ± 2,90 % und eine EF von 29,95 ± 5,28 %. Sie wiesen vergrößerte Herzkammern bei gleichzeitiger Ausdünnung der Kammerwände auf. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass eine 30-minütige-Ischämiezeit einen zu kleinen Infarkt erzeugt, als dass dieser von einem 1,5 Tesla MRT erkannt werden könnte. Veränderungen am Herzen, die durch eine Dauerokklusion hervorgerufen werden oder bei MLP-Knockouts bestehen, sind hingegen durch die MRT deutlich darstellbar. Diese beiden Modelle bieten sind demnach für weitere Forschungen an.