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Die Rolle der TRPM7-Kinase im Mausmodell der Multiplen Sklerose
Get PDFThe transient receptor potential channel subfamily M member 7, is a ubiquitously expressed cation channel with a c-terminal fused serine/threonine kinase. It has been associated with a numerous of important cellular functions like proliferation, differentiation, activation and survival. In addition, it strongly linked to immunity and seems to be an important signaling molecule in lymphocytes. Recently it has been shown that the TRPM7 kinase activity promotes Graft versus Host Disease in Mice. In the GvHD, T-helper 17 (TH17) cells differentiated from the transplanted donor cells act against the host in a pro-inflammatory manner. In other pro-inflammatory diseases such as Multiple Sclerosis (MS), TH17 cells are also significantly involved in the development of the disease. MS is a chronic autoimmune disease affecting the central nervous system and is characterized by progressive disease with loss of the myelin sheath of nerve cells.
In this thesis, using an animal model of MS, Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE), we evaluated whether and to what extent the TRPM7 kinase plays a role in the development and progression of MS. Therefore, we utilized an established mouse model with a point mutation at the active site of the kinase, K1646R (Trpm7R/R). In active EAE, immunization with pertussis toxin was shown to strongly stimulate the IL-1β signaling pathway. This overrides the anti-inflammatory influence of Trpm7R/R, animals become equally ill regardless of their genotype. These observations were confirmed by in vitro differentiations into TH17 cells of Trpm7+/+ and Trpm7R/R CD4+ T cells. Trpm7R/R cells can be differentiated into TH17 cells with IL-1ß similarly well as Trpm7+/+ cells. Trpm7+/+ cells differentiate equally well into TH17 cells independent of IL-1β. Without the addition of IL-1β, significantly fewer Trpm7R/R cells differentiate into TH17 cells.
Interestingly, when the strong additional stimulus of the IL-1β pathway is circumvented by inducing EAE via passive immunization, we can show that the loss of kinase activity leads to a lower incidence of EAE. Significantly fewer animals became ill, compared to Trpm7+/+. In the Trpm7R/R animals that did became ill, the course of the disease was milder than in their Trpm7+/+ littermates. In addition, we could show that there was an increased migration of Treg cells into the CNS of the diseased Trpm7R/R, which is associated with a good prognosis for remyelination of the damaged nerve fibers. Furthermore, no TH17 cells had migrated into the CNS of non-diseased Trpm7R/R, but they had migrated into the CNS of non-diseased Trpm7+/+.
Moreover, we found that the activity of the kinase also affects chemokine expression by T-lymphocytes. Trpm7R/R cells that were differentiated without the addition of IL-1β expressed significantly more Ccl3, Ccl4, Ccl5, Ccl9, and Cxcr1 and avoided downregulation of S1pr1. Interestingly, in combination, Cxcr1, Ccl3, Ccl4, and Ccl5 are known to primarily promote a pro-inflammatory phenotype. Considering individually, however, there is evidence for a particular recruitment potential of Treg cells. Our results suggest that the additional combination with Ccl9 and S1pr1 leads to an anti-inflammatory signal, which results in an increased migration of Treg cells and consequently less animals get sick. In conclusion, the inactivation of kinase activity constitutes a promising therapeutic strategy in the treatment of MS and requires further research to elucidate the exact processes and signaling pathways underlying
Skulptur in neuem Licht
Get PDFSkulptur erscheint in ihrer medialen Aneignung durch Fotografie und Film in neuem Licht. Mediale Eigenschaften von Skulptur wie Dreidimensionalität, Statik und Taktilität werden transferiert und umkodiert. In der Fotografie wird Skulptur zweidimensional und im Film bildlich bewegt sichtbar. Auch der Begegnungsort mit Skulptur verändert sich. Durch die Visualisierung im massenmedialen Lichtbild ist Skulptur nicht mehr allein in spezifisch der Kunstsphäre zugeordneten Räumen erfahrbar, sondern wird ortsunabhängig rezipierbar.
Diese Arbeit untersucht die Sichtbarkeit von Skulpturen in Fotografien und Filmen der Weimarer Republik (1918–1933). Mit der Ausbreitung der Massenmedien und verstärkten Wechselwirkungen zwischen angewandten und bildenden Künsten vollzieht sich in den 1920er Jahren eine Ausdifferenzierung der beginnenden modernen Bildkultur. Skulptur in Fotografie und Film zeigt sich als Verkettung mimetischer Verfahren. Diese Intermedialität bildet den Kernpunkt der Arbeit. Untersuchungsgegenstand sind Fotografien und Filme der 1920er Jahre, die Skulptur motivisch aufgreifen und sich dabei selbst zum gezeigten Medium Skulptur hin öffnen.
Anja Grossmann studierte Kunstgeschichte und Philosophie an der Eberhard-Karls-Universität Tübingen und an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Von 2018 bis 2021 war sie wissenschaftlicher Mitarbeiterin an der LMU München und Doktorandin des Internationalen Doktorandenkollegs MIMESIS im Elitenetzwerk Bayern. 2020 absolvierte sie einen Forschungsaufenthalt am Seminar für Filmwissenschaft der Universität Zürich. 2023 wurde sie in München promoviert.Sculpture appears in a new light in its appropriation by photography and film. The three-dimensional, static, and tactile character of sculpture as a media is transformed and recoded. In photography, sculpture becomes two-dimensional, and in film, it is rendered visible in moving images. In addition, the locus in which sculpture is encountered changes. Visualised in mass-media photography and film, sculpture can no longer solely be experienced in the art sphere, but independently of location.
This study analyses the visibility of sculptures in photographs and films of the Weimar Republic (1918–1933). With the spread of mass media and increased interactions between the applied and fine arts in the 1920s, a process of differentiation towards an emerging modern visual culture takes place. Sculpture enters into a chain of mimetic reproduction in photography and film. These intermedia relationships form the focus of this work. The subject of investigation is photographs and films from the 1920s that engage with sculpture as a motif and thereby open up themselves to the medium of sculpture.
Anja Grossmann studied art history and philosophy at Eberhard-Karls-Universität in Tübingen and Ludwig-Maximilian-Universität in Munich. From 2018 to 2021, she was a research assistant at LMU Munich and a doctoral candidate at the International Doctoral College MIMESIS in the Bavarian Elite Network. In 2020, she completed a research stay at the Department of Film Studies at the University of Zurich. She received her doctorate in Munich in 2023
Einsamkeit im Kontext der persistierenden depressiven Störung und der Borderline-Persönlichkeitsstörung
Get PDFDie vorliegende Arbeit untersuchte Einsamkeit an einer Stichprobe von Patienten mit persistierender depressiver Störung (PDD) und Borderline-Persönlichkeitsstörung (BPD) sowie gesunden Kontrollpersonen (HC). Vor dem Hintergrund bekannter Risikofaktoren der Einsamkeit und psychischer Erkrankungen wurde der Zusammenhang zwischen Einsamkeit und sozialen Netzwerkcharakteristika, traumatischen Kindheitserfahrungen und individueller Zurückweisungsempfindlichkeit untersucht. Insgesamt nahmen 70 Patienten der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie der Universität München sowie 70 gesunde Kontrollpersonen an der Studie teil. Die Studienteilnehmer beantworteten Selbstbeurteilungsfragebögen zu den untersuchten Variablen (Einsamkeit: UCLA Loneliness Scale; soziale Netzwerkcharakteristika: Social Network Index; traumatische Kindheitserfahrungen: Childhood Trauma Questionnaire; Zurückweisungsempfindlichkeit: Rejection Sensitivity Questionnaire; depressive Symptomatik: Beck Depressions-Inventar; Borderline-Symptomatik: Borderline Symptomliste).
Beide Patientengruppen gaben durchschnittlich mehr Einsamkeit an als die gesunden Kontrollpersonen. Die Schwere der selbstberichteten psychopathologischen Symptomatik korrelierte mit der Einsamkeit. Zudem hatten beide Patientengruppen im Vergleich zu den gesunden Kontrollpersonen weniger soziale Kontakte. Dabei konnte für BPD-Patienten und die gesunden Kontrollpersonen, nicht aber für PDD, ein negativer Zusammenhang zwischen Einsamkeit und der Anzahl der sozialen Kontakte festgestellt werden. In allen Studiengruppen fand sich zudem eine relevante Assoziation zwischen Einsamkeit und der Angabe einer engen Vertrauensperson. So waren verheiratete Studienteilnehmer weniger einsam als nicht verheiratete Studienteilnehmer, dieser Zusammenhang war jedoch nicht signifikant. Einsamkeit korrelierte mit der Anzahl enger Freunde negativ. Weiterhin war Einsamkeit mit traumatischen Kindheitserfahrungen – insbesondere emotionaler Vernachlässigung und emotionalem Missbrauch – assoziiert. Vor dem Hintergrund etablierter soziokognitiver Entstehungsmodelle von Einsamkeit wurde in der vorliegenden Studie untersucht, ob dieser Zusammenhang durch eine erhöhte soziale Zurückweisungsempfindlichkeit erklärt werden könnte. Es konnte ein partieller Mediationseffekt von Zurückweisungsempfindlichkeit sowohl für die Patienten, als auch die gesunden Kontrollpersonen nachgewiesen werden.
Die hohe Prävalenz von Einsamkeit in beiden Patientengruppen sowie die positive Korrelation mit der Symptomschwere der jeweiligen Erkrankung weist auf die klinische Bedeutung von Einsamkeit insbesondere im Kontext der PDD und der BPD hin. Insbesondere vor dem Hintergrund jüngerer Studien, die auf einen Einfluss von Einsamkeit auf den Verlauf psychischer Erkrankungen verweisen, sollte Einsamkeit im klinischen Kontext explizit erfragt werden. Obwohl aufgrund des Studiendesigns keine Kausalität abgeleitet werden kann, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Einsamkeit mit einer reduzierten Anzahl sozialer Kontakte – und insbesondere enger Vertrauenspersonen – einhergeht. Dies könnte einerseits einen potenziellen therapeutischen Ansatzpunkt darstellen, indem beispielsweise durch den therapeutischen Fokus auf die Verbesserung enger dyadischer Beziehungen ein positiver Effekt auf Einsamkeit erzielt werden könnte. Andererseits sollten insbesondere Patienten mit defizitären sozialen Netzwerken explizit nach Einsamkeitsgefühlen befragt werden, da Betroffene Einsamkeitsgefühle nur selten von sich aus ansprechen.
Die beschriebenen Zusammenhänge zwischen traumatischen Kindheitserfahrungen, individueller Zurückweisungsempfindlichkeit und Einsamkeit verweisen auf die langfristigen Auswirkungen traumatischer Kindheitserfahrungen. Aufgrund des Studiendesigns war zwar keine kausale Schlussfolgerung möglich, dennoch deuten die Ergebnisse auf die besondere Relevanz emotionaler Vernachlässigung und emotionalen Missbrauchs in der Kindheit auf die Entwicklung psychischer Erkrankungen und von Einsamkeit hin. Behandler sollten daher in der Therapie von PDD- und BPD-Patienten insbesondere emotionale traumatische Erfahrungen berücksichtigen. Die erhöhte individuelle Zurückweisungsempfindlichkeit einsamer Personen könnte sich einerseits im Zuge traumatischer Kindheitserfahrungen entwickeln und andererseits interpersonelle Schwierigkeiten in der Gegenwart aufrechterhalten und zu Einsamkeit beitragen. Vor dem Hintergrund soziokognitiver Erklärungsmodelle der Einsamkeit sowie der im Kontext von PDD und BPD erhöhten Zurückweisungsempfindlichkeit könnte dies als möglicher Ansatzpunkt in der Entwicklung psychotherapeutischer Interventionen zur Behandlung von Einsamkeit genutzt werden
Automatisierte Erkennung und Kategorisierung von Seitenzahnrestaurationen mit Hilfe von künstlicher Intelligenz
Get PDFAn automated detection and categorization of posterior restoration using CNN could increase the efficiency in dental practice and create a good foundation for further research. The main objective of the present dissertation project was to establish the prerequisites for the development of an AI-based algorithm for the automated detection of posterior restorations and, furthermore, to determine the diagnostic accuracy of the developed AI-algorithm in comparison to the created expert or reference standard. The image set of a total 1,761 clinical photo- graphs was divided into a training set (N=1,407) and an independent test set (N=354). The expert diagnoses served as a reference standard for cyclic train- ing and repeated evaluation of the CNN (ResNeXt-101-32x8d), which was trained by using image augmentation and transfer learning. Further statistical analysis included the calculation of contingency tables, areas under the Receiv- er Operating Characteristic Curve (AUCs) and saliency maps. After completion of the training, the CNN was able to correctly differentiate and recognize poste- rior restorations on clinical photographs with an average value of 97.1 percent. Therefore, it can be stated that the aim to develop an AI-algorithm for automatic categorization and recognition of posterior restorations was successfully com- pleted. Dental diagnostics might be supported by artificial intelligence-based algorithms in the future. To develop an applied AI-assisted evaluation system on clinical images, further research in practicability needs to be done
Charakterisierung der Aleuriokonidien von Aspergillus terreus und Untersuchungen von Oberflächenantigenen von Aspergillus fumigatus
Get PDFAdaptive cellular response within neural stem cell niches in the adult murine brain following spinal cord injury
Get PDFVergleich von Impedanz-Messungen an Herzschrittmacher-Sonden vor und nach Niederfeld-MRT-Untersuchung
Get PDFIn den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts hielt die Magnetresonanztomographie (MR) Einzug in den klinischen Alltag. Gegenüber der Computertomographie bietet die MR einen besseren Weichteilkontrast und ist nicht mit schädlicher ionisierender Strahlung behaftet. MR-Untersuchungen wurden deshalb auch an Patienten mit Herzschrittmachern vorgenommen. In den Folgejahren wurde wiederholt über MR-assoziierte Komplikationen berichtet und in Einzelfällen sogar über mögliche Todesfälle bei Schrittmacherpatienten spekuliert[5, 6]. MR-Untersuchungen bei Schrittmacherpatienten können zu Schäden an den Schrittmacherkomponenten, zu lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen sowie zu Gewebeschäden am Herzmuskel führen. Schrittmachersonden können das MR-Hochfrequenzsignal ähnlich wie Antennen empfangen und dessen Energie an der Sondenspitze an das Herzmuskelgewebe abgeben, was zu thermischen Gewebeschäden des Herzmuskels, Änderung der Impedanz (Wechselstromwiederstand) der Sonden oder unter Umständen auch zu irreversiblen Reizschwellenanstiegen führen kann. Jahrelang galt deshalb die Durchführung von MR-Untersuchungen bei Patienten mit implantiertem Schrittmacher (SM) bzw. Kardioverter-Defibrillator-System (ICD) als absolute Kontraindikation[7]. Verschiedene Arbeitsgruppen konnten in den letzten Jahren zeigen, dass die Durchführung von MR-Untersuchungen bei Patienten mit nicht „MR conditional“ Schrittmacher- bzw. Kardioverter-Defibrillator-Systemen „unter Abwägung des individuellen Nutzen/Risiko-Profils als Einzelfallentscheidung und als zulassungsüberschreitende Anwendung („off-label use“) unter dezidierten Sicherheitsvorkehrungen mit einem vertretbaren Risiko möglich ist“[7]. In der Radiologie der Tagesklinik München-Nord wurden in den letzten Jahren zahlreiche MR-Untersuchungen an Patienten mit Schrittmachern unter kontrollierten Bedingungen in einem offenen Niederfeld MRT mit 0.2 Tesla durchgeführt. Die implantierten Schrittmacher des in dieser Arbeit untersuchten Patientenkollektivs von 185 Patienten waren allesamt Ein- oder Zweikammer-Schrittmacher, die nicht mit „MR conditional“ gekennzeichnet waren. Die Sonden dieser Patienten waren alle im rechten Vorhof oder im rechten Ventrikel lokalisiert. Keine der Sonden war links- oder epikardial lokalisiert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, dieses umfangreiche Datenmaterial im Hinblick auf Impedanzänderungen zu untersuchen und zu bewerten. Dabei wurden die Impedanzen der Schrittmachersonden vor und nach der MR-Untersuchung verglichen. Es wurden auch Untergruppen ausgewertet – aufgeteilt nach Geschlecht, Sondenlokalisation und MR-Untersuchungsregion.
Die Auswertung ergab, dass die Untergruppe der Frauen hier eine Sonderstellung einnimmt. Bei dieser Untergruppe kam es zu einer Abnahme der Sondenimpedanz nach MR-Untersuchungen, die zwar gering ausfiel (< 1%), aber dennoch als signifikant einzustufen ist. Dabei waren die Impedanzänderungen bei den Frauen an den Ventrikelsonden etwas ausgeprägter als an den Vorhofsonden. In der Untergruppe der Männer kam es – im Gegensatz zu den Frauen – zu einer Impedanzzunahme. Bei den anderen Untergruppen fanden sich keine signifikanten Impedanzänderungen. Auch korrelierten die Impedanzänderungen nicht in signifikanter Weise mit der Schrittmacher-Verweildauer und auch nicht mit dem Alter des Patienten bei MR-Untersuchung. Die in dieser Arbeit untersuchten Impedanzänderungen bei den Schrittmachersonden der Frauen waren mit p = 0.003 sehr signifikant. Wie eingangs erwähnt wurden die Impedanzänderungen im Rahmen von MR-Untersuchungen in einem offenen Niederfeld MRT mit 0.2 Tesla gemessen. Heutzutage werden im Routinebetrieb zunehmend MR-Untersuchungen in MRTs mit 1.5 Tesla durchgeführt. Diese Arbeit könnte daher Anlass sein, im Rahmen von zukünftigen Studien in Hochfeld-MRTs ein besonderes Augenmerk auf Impedanzänderungen bei den Schrittmachersonden der Frauen zu richten
Die Rolle der Makrophagen bei der chronischen Uratnephropathie
Get PDFEine Korrelation zwischen der Hyperurikämie und dem chronischen Nierenversagen (CKD) ist seit langem bekannt. Allerdings bleibt bis heute die Frage ungeklärt, welches die Ursache und welches die Folge ist und ob ein erhöhter Harnsäurespiegel zur Progression der CKD beiträgt. Aufgrund der ungeklärten Kausalität wird von einigen Autoren auch das Krankheitsbild der chronischen Uratnephropathie an sich bestritten. Nach deren Ansicht steht an erster Stelle die Manifestation einer CKD, was über eine zunehmende Insuffizienz der Nierenfunktion zur Erhöhung des Harnsäurespiegels führt, also lediglich die Verschlechterung der renalen Funkti-on widerspiegelt. Aus Humanbiopsien ist bekannt, dass es im Rahmen einer CKD unter hype-rurikämen Bedingungen zur Bildung renaler Harnsäurekristall-assoziierter Granulome kommen kann, deren Auswirkung auf die Progression der CKD noch nicht im Detail verstanden ist.
In einem innovativen Mausmodell, das auf dem induzierbaren Knockdown des hepatischen Harnsäuretransporters Glut9 basiert, konnten wir zeigen, dass eine Hyperurikämie in Kombi-nation mit einer fettreichen Ernährung zur Ausbildung einer CKD führt. Diese Niereninsuffi-zienz gleicht histomorphologisch den bekannten Befunden aus humanen Nierenbiopsien, die durch eine tubulointerstitielle Fibrose und die Ausbildung von Granulomen gekennzeichnet sind. Da mit den Harnsäuregranulomen die Ausbildung sogenannter Riesenzellen assoziiert ist, ging es nun darum, Faktoren zu identifizieren, die in vitro zur Entwicklung von Riesenzellen aus Makrophagen beitragen bzw. diese inhibieren und gegebenenfalls auch in vivo an der Gra-nulomentstehung beteiligt sind. Die Gabe des JAK/STAT-Inhibitors Tofacitinib blieb ohne Einfluss auf den Zellzyklus der inkubierten Makrophagen. Doch mit seiner Hilfe war es uns dennoch möglich, die IL-4-getriggerte Riesenzellbildung aus M2-polarisierten Makrophagen zuverlässig zu unterdrücken. Allerdings führte die in vivo-Gabe von Tofacitinib in unserem Tiermodell weder zur Reduktion der Anzahl der renalen Granulome noch hatte sie einen Ein-fluss auf den weiteren Krannkheitsverlauf der CKD. Wir vermuteten daher, dass wir durch das Forcieren einer antientzündlichen M2-Makrophagen-Polarisation die Entwicklung der Granulome verhindern bzw. verlangsamen könnten und somit die Progression der CKD insge-samt verlangsamt werden könnte. Deshalb wurden Mäuse mit einer Hyperurikämie-assoziierten CKD mit Adenosin behandelt, einem Wirkstoff, der in vitro gezeigt hat, dass er die Veränderung des Makrophagen-Typs vom proentzündlichen M1- zum antientzündlichen M2-Typ bewirken kann. Unsere Daten zeigten, dass eine Adenosin-Therapie zu einer signifi-kant besseren Nierenfunktion im Vergleich zur unbehandelten Kontrollgruppe beiträgt. Beur-teilt wurde die Nierenfunktion der Tiere anhand der Parameter GFR, BUN und Serum-Kreatinin-Spiegel. Außerdem fanden wir in den Nieren der behandelten Tiere einen geringeren Grad an Fibrose und eine reduzierte Anzahl von Granulomen. Immunhistochemische Färbun-gen und durchflusszytometrische Analysen der Nieren ergaben zudem eine reduzierte Makro-phagen-Infiltration. Dies war mit einer erhöhten Anzahl an renalen antientzündlichen M2-Makrophagen verbunden, bei einer gleichzeitig reduzierten Zahl proentzündlicher M1-Makrophagen.
Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass Adenosin die renale Entzündung sowie die An-zahl der Granulome reduziert und somit die funktionelle und strukturelle Progression der Nie-renschädigung im Tiermodell verlangsamt. Da dies im Umkehrschluss bedeutet, dass die Harnsäuregranulome mit einer schlechteren Prognose der CKD assoziiert sind, konnten diese als potentielles therapeutisches Target in der Behandlung der chronischen Uratnephropathie identifiziert werden.That a correlation between hyperuricemia and chronic kidney disease (CKD) exists has been known for a long time. However, it remains unclear whether hyperuricemia is the cause or the consequence of CKD and whether increased serum uric acid levels contribute to CKD pro-gression. While causality has not been proven yet, some authors even deny the concept that chronic urate nephropathy really exists. They believe that an already established CKD can lead to hyperuricemia due to an impaired kidney function. Therefore, increased uric acid levels may only serve as a marker for the decline in kidney function and do not promote kidney injury. From human biopsies it is known that CKD-related hyperuricemia can eventually lead to the precipitation of uric acid crystals, which in turn contribute to uric acid crystal granuloma for-mation in the kidney. However, the impact of uric acid crystal granulomas on the progression of CKD is not well understood.
Using an innovative mouse model based on an inducible knockdown of the hepatic uric acid transporter Glut9 we could now show that hyperuricemia with crystalluria induces kidney injury, inflammation and interstitial fibrosis. This was due to a drop in urinary pH after feed-ing mice an acidogenic diet, which promoted the precipitation of uric acid crystals and even-tually caused uric acid crystal granuloma formation. Morphological similarities of tubulointer-stitial fibrosis and granuloma formation were observed in human kidney biopsies from CKD patients. Uric acid crystal granulomas are known for their association with giant cell for-mation, therefore we aimed to identify factors that promote or inhibit the differentiation of macrophages into giant cells in vitro and are involved in granuloma formation in vivo. We found that the JAK/STAT inhibitor tofacitinib had no effect on the cell cycle of cultured mac-rophages but suppressed IL-4-mediated giant cell formation in M2-like macrophages. Howev-er, treating hyperuricemic mice with crystalluria with tofacitinib did not reduce the number of granulomas and slow down CKD progression. Next, we focussed on whether accelerating an anti-inflammatory M2-like macrophage phenotype could prevent or slow down granuloma formation and consequently CKD progression. In vitro studies have shown that adenosine can switch proinflammatory M1-like into an anti-inflammatory M2-like macrophage phenotype. Treating mice with adenosine significantly improved kidney function compared to the vehicle control group as indicated by an increased glomerular filtration rate and decreased serum blood urea nitrogen and creatinine levels. Moreover, we observed significantly less interstitial fibrosis and a reduced number of granuloma in the kidneys of adenosine-treated mice. Im-munohistochemical stainings and FACS analyses of murine kidney samples also showed re-duced macrophage infiltration combined with an increased number of anti-inflammatory M2-like macrophages but less proinflammatory M1-like macrophages in adenosine-treated mice.
In summary, we could show that uric acid crystal granulomas comprised of M1-like macro-phages form late in the process after interstitial fibrosis has already been established and con-tribute to the progression of CKD in mice. Unlike tofacitinib, adenosine treatment reduced the number of granulomas and therefore improved kidney function and structural abnormalities of kidney injury. Thus, uric acid crystal granulomas are associated with a worse outcome and prognosis in CKD and may represent a potential therapeutic target in the treatment of chronic urate nephropathy
Investigation of uptake and distribution of drugs via the lymphatic system
Get PDFOral and subcutaneous administration are the most commonly used routes of administration of pharmaceutics, since they are considered to be the safest form of drug delivery in addition to their cost-effective, patient-friendly handling. Nevertheless, oral bioavailability is limited by the physicochemical properties such as high molecular weight, low aqueous solubility and high lipophilicity (high log P). Also, the absorption and associated immune responses of subcutaneously administered large molecules are not completely understood, despite their extensive clinical use. Particularly in preclinical safety studies, the nature of side effects that occur after the second administration of a drug that was initially well tolerated, are not completely understood and can prevent further development of the drug. Determining the cellular composition of lymphatic fluid and enhancing targeted lymphatic absorption can improve understanding of immunological processes as well as oral and subcutaneous bioavailability.
For investigation of lymphatic uptake and distribution of orally and subcutaneously administered drugs, a surgical method of cannulating the thoracic duct in male rats was established. In first experiments animals received an oral single dose of two different highly lipophilic compounds in a non-lipid or lipid vehicle. For analyzing concentrations, lymphatic fluid was collected until 6 hours after dosing. Due to the surgery related influence on the systemic uptake, satellite animals were used to measure the systemic uptake into plasma. The results showed that the pharmacokinetic properties of both compounds meet the requirements for lymphatic uptake. Rats treated with the lipid formulation demonstrated 6- or 11- fold higher concentrations of compounds in the lymphatic fluid compared to non-lipid formulation. This improvement of the lymphatic uptake resulted in a significant increase of the bioavailability of compounds.
Additionally, a pilot study was conducted in which rats were injected subcutaneously with a T-cell activating antibody. Lymph and blood samples, collected in two different groups for up to 3 hours after compound administration were analyzed by the Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) analysis to evaluate the cellular compositions and the absorption pathway of the antibody. Besides the fact that lymphocytes were shown to be a main component of the lymph, making up on average 96.28 % of the cell population, it could be shown that the subcutaneously administered antibody was absorbed by the lymph. While significant T-cell activation was observed in non-operated animals, such an effect was not measurable in lymph cannulated animals, suggesting that the cannulation prevented the antibody from reaching the systemic circulation.
In conclusion, a surgical model for investigating the role of the lymphatic system in the absorption of orally and subcutaneously administered drugs was successfully established. It was shown that oral bioavailability can be improved by lipid based formulations and that the indirect absorption route should gain more attention in formulation development. Furthermore, the establishment of the FACS analysis of lymph fluid paves the way for a better understanding of immunological processes after subcutaneous administration and can be used to further investigate the dynamics of the interaction of large molecules with the immune systemDie orale und subkutane Applikation gehören zu den am häufigsten angewandten Darreichungsformen für Arzneimittel. Sie sind in ihrer Handhabung patientenfreundlich, ihre Herstellung und Anwendung ist kostengünstig im Vergleich zu intravenös verabreichten Medikamenten, und zudem gelten sie als besonders sicher. Die orale Bioverfügbarkeit ist allerdings durch physikalisch-chemische Eigenschaften wie hohes Molekulargewicht, hohen log P und geringe Wasserlöslichkeit beziehungsweise hohe Lipophilie limitiert. Auch die Absorption und die damit verbundenen Immunantworten von subkutan applizierten, großen Molekülen sind trotz ihres standardmäßigen Einsatzes nicht vollständig verstanden. Im Rahmen der Entwicklung von Human- und Veterinärarzneimitteln treten beispielsweise nach der zweiten Dosis eines zunächst gut vertragenen Medikaments oftmals unerklärliche Nebenwirkungen auf, die die Weiterentwicklung gefährden können. Aus diesem Grund sollen in dieser Arbeit die zelluläre Zusammensetzung von Lymphe analysiert werden, um ein besseres Verständnis immunologischer Prozesse zu ermöglichen. Zudem sollen durch die Untersuchung der lymphatischen Absorption Möglichkeiten identifiziert werden, die orale und subkutane Bioverfügbarkeit positiv beeinflussen.
Für die Untersuchung der lymphatischen Aufnahme und Verteilung von oral und subkutan applizierten Arzneimitteln wurde ein chirurgisches Verfahren zur Kanülierung des Ductus thoracicus bei männlichen Ratten etabliert. In ersten Experimenten erhielten die Tiere eine orale Einzeldosis von zwei verschiedenen hoch lipophilen Substanzen in einer nicht-lipid- oder in einer lipid-basierten Formulierung. Zur Analyse der Konzentrationen wurde Lymphflüssigkeit über einen Zeitraum von bis zu 6 Stunden nach der Substanzgabe gesammelt. Wegen des chirurgischen Einflusses auf die systemische Absorption wurden zusätzlich Satellitentiere verwendet, um die systemische Aufnahme ins Plasma zu messen. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Substanzen über die Lymphe aufgenommen werden, wie es anhand ihrer pharmakokinetischen Eigenschaften erwartet war. Ratten, die mit der Lipidformulierung behandelt wurden, zeigten eine 6- oder 11-fach Konzentrationserhöhung der Substanzen in der Lymphflüssigkeit, im Vergleich zu Ratten, die die nicht-lipid basierte Formulierung erhalten hatten. Diese Verbesserung der lymphatischen Aufnahme führte zu einer signifikanten Erhöhung der Bioverfügbarkeit.
In einem zweiten Teil der Arbeit wurde eine Pilotstudie in Ratten durchgeführt, denen subkutan ein T-Zell-aktivierender Antikörper injiziert wurde. Anschließend wurden Lymph- und Blutproben über einen Zeitraum von 3 Stunden nach Substanzapplikation in zwei unterschiedlichen Gruppen gesammelt. Die Probenanalyse mittels Fluoreszenz-aktivierter Zellsortierung (FACS), sollte Aufschluss über die zelluläre Zusammensetzung der Lymphe geben und durch den Antikörper induzierte potenzielle Veränderungen zeigen. Neben dem Ergebnis, dass durchschnittlich Lymphozyten mit einem Anteil von 96,28 % einen Hauptbestandteil der Lymphe bilden, konnte gezeigt werden, dass der subkutan applizierte Antikörper von der Lymphe aufgenommen wurde. Während bei nicht operierten Tieren eine signifikante T-Zell-Aktivierung im Blut festgestellt werden konnte, blieb ein solcher Effekt in der Gruppe der Lymph-kanülierten Tieren aus, was zeigt, dass der Antikörper durch die Operation die Blutzirkulation nicht erreichen konnte.
Ein chirurgisches Modell mit dem die Rolle des lymphatischen Systems bei der Absorption von oral und subkutan applizierten Medikamenten untersucht werden kann, konnte im Rahmen dieser Arbeit erfolgreich etabliert werden. Mithilfe dieses Modells konnte gezeigt werden, dass die orale Bioverfügbarkeit durch lipidbasierte Formulierungen verbessert werden kann, weshalb dieser indirekte Aufnahmeweg, die lymphatische Absorption, bei der Formulierungsentwicklung stärker berücksichtigt werden sollte. Die zusätzliche Methodenetablierung der FACS-Analyse von Lymphflüssigkeit ermöglicht ein besseres Verständnis immunologischer Prozesse nach subkutaner Applikation und kann eingesetzt werden, um die Dynamik der Wechselwirkung großer Moleküle mit dem Immunsystem zu untersuchen
