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Menadione as Antibiotic Adjuvant Against P. aeruginosa: Mechanism of Action, Efficacy and Safety
Get PDFBackground/Objectives: Antibiotic resistance in chronic lung infections caused
by Pseudomonas aeruginosa requires alternative approaches to improve antibiotic efficacy.
One promising approach is the use of adjuvant compounds that complement antibiotic
therapy. This study explores the potential of menadione as an adjuvant to azithromycin
against planktonic cells and biofilms of P. aeruginosa, focusing on its mechanisms of action
and cytotoxicity in pulmonary cell models. Methods: The effect of menadione in improving
the antibacterial and antibiofilm potency of azithromycin was tested against P. aeruginosa.
Mechanistic studies in P. aeruginosa and AZMr-E. coli DH5α were performed to probe
reactive oxygen species (ROS) production and bacterial membrane disruption. Cytotoxicity
of antibacterial concentrations of menadione was assessed by measuring ROS levels and
membrane integrity in Calu-3 and A549 lung epithelial cells. Results: Adding 0.5 µg/mL
menadione to azithromycin reduced the minimum inhibitory concentration (MIC) by
four-fold and the minimum biofilm eradication concentration (MBEC) by two-fold against
P. aeruginosa. Adjuvant mechanisms of menadione involved ROS production and disruption
of bacterial membranes. Cytotoxicity tests revealed that antibacterial concentrations of
menadione (≤64 µg/mL) did not affect ROS levels or membrane integrity in lung cell lines.
Conclusions: Menadione enhanced the efficacy of azithromycin against P. aeruginosa while
exhibiting a favorable safety profile in lung epithelial cells at antibacterial concentrations.
These findings suggest that menadione is a promising antibiotic adjuvant. However, as
relevant data on the toxicity of menadione is sparse, further toxicity studies are required to
ensure its safe use in complementing antibiotic therapy
Association Between Stroke and Traumatic Brain Injury: A Systematic Review and Meta-Analysis
Get PDFBackground: Stroke and traumatic brain injury (TBI) represent two major health
concerns worldwide. There is growing evidence suggesting a potential association between
TBI and stroke. In this systematic review and meta-analysis, we aim to explore the association between TBI and stroke risk, with a specific focus on overall stroke risk and subgroup
variations based on stroke type, severity, and the post-TBI time period. Methods: PubMed,
Web of Science (WOS), Scopus, and Cochrane Library were systematically searched for
studies exploring the link between stroke and TBI. The pooled hazard ratios (HRs) with a
95% confidence interval (CI) were calculated. The Comprehensive Meta-Analysis (CMA)
software was used for the analysis. Subgroup analyses were conducted based on stroke
type, TBI severity, and post-TBI phase. The Newcastle–Ottawa Scale (NOS) was utilized
for the quality assessment. Results: We included a total of 13 observational studies, with
data from 8 studies used for quantitative analysis. A history of TBI was associated with
a significantly higher odds of stroke compared to controls (HR = 2.3, 95% CI (1.79 to
2.958), p < 0.001). The risk was greater for hemorrhagic stroke (HR = 4.8, 95% CI (3.336
to 6.942), p < 0.001) than for ischemic stroke (HR = 1.56, 95% CI (1.28 to 1.9), p < 0.001).
Both moderate-to-severe TBI (HR = 3.64, 95% CI (2.158 to 6.142), p < 0.001) and mild TBI
(HR = 1.81, 95% CI (1.17 to 2.8), p = 0.007) were associated with a significantly higher risk
of stroke. The risk was also higher in the early post-TBI phase (1–30 days) (HR = 4.155,
95% CI (2.25 to 7.67), p < 0.001) compared to later phases (HR = 1.68, 95% CI (1.089 to 2.59),
p = 0.019) from 30 days to 1 year and (HR = 1.87, 95% CI (1.375 to 2.544), p < 0.001) after
1 year. Conclusions: This systematic review confirms a significant association between TBI
and an increased risk of stroke, regardless of TBI severity, type, or timing of stroke. The
findings highlight the need for early monitoring and advocating preventive strategies for
stroke in patients with a history of TBI
Understanding speech in "noise" or free energy minimization in the soundscapes of the anthropocene
Get PDFListening to speech in the presence of irrelevant sounds is ubiquitous in
the modern world, but is generally acknowledged to be both eortful and
unpleasant. Here we argue that this problem arises largely in circumstances that
our human auditory system has not evolved to accommodate. The soundscapes
of the Anthropocene are frequently characterized by an overabundance of
sound sources, the vast majority of which are functionally irrelevant to a given
listener. The problem of listening to speech in such environments must be
solved by an auditory system that is not optimized for this task. Building on
our previous work linking attention to eortful listening and incorporating an
active inference approach, we argue that the answers to these questions have
implications not just for the study of human audition. They are also significant for
the development and broad awareness of hearing aids and cochlear implants,
as well as other auditory technologies such as earbuds, immersive auditory
environments, and systems for human-machine interaction
Bruteforcing in der temperaturgestützten Todeszeitschätzung
Get PDFThe „bruteforcing method“ (BF method) presented in this work is a new approach to temperature-based time-to-death estimation. The nomogramm method (NM) is currently used in routine forensic medicine. The NM calculates the time that has elapsed since death (estimation of the time since death / TsD). In addition to the rectal temperature (T(r)) and ambient temperature (T(a)), the so-called correction factors (CF), which enable an adjustment to special cooling scenarios, are included in the calculation. The assumed value for the CF, individual body proportions (e.g. child) and the rectal temperature at the time of death (T(r@D)) must be estimated or assumed with a fixed value. This results in a certain subjectivity of the time of death estimation (using the NM method).
The aim of this work is to reduce the subjectivity of the time of death estimation by using the BF method. The basis for this is testing different values for the cooling weight (cooling weight / cw). This corresponds to the value at which a body cools down under the influence of CF and body proportions. The aim here is to calculate a value for the time of death that is constant over time. This can then be plotted graphically as a function of time as a cooling weight curve (CWC). If all parameters used in the calculation are correctly assumed, a horizontal straight line results. Based on the curve shape of the CWC, statements can therefore also be made about the correctness of the assumed parameters (T(a) and T(r@D)).
First, based on the mathematical description of the cooling of the corpses, ideal cooling curves were modeled for known parameters. The BF method was then applied to these cooling curves. For deliberately made false assumptions regarding T(a) and T(r@D), characteristic curve shapes of the CWC were shown. In particular, it was possible to detect an increased T(r@D) and a falsely high or falsely low value for T(a).
Furthermore, to test the BF method in practice, a total of ten cooling dummies with a real weight between 5.9 kg and 26.3 kg were produ- ced according to the „original recipe“ of the NM method and used for cooling experiments. The cooling dummies were equipped with a self-made setup of measuring probes and Raspberry Pi computers and read out automatically. A total of 127 cooling experiments were carried out for the dummies under different T(a) and different environmental conditions with a total length of the cooling experiments of about 130 days. After smoothing with a smoothing filter (Sawitzky - Golay - Filter / SG-Filter), the derived cooling data were fed into the evaluation. The BF method was then applied to the cooling data using a script written in the PYTHON programming language. Bruteforcing was applied using a Python script. Expected values were calculated for a large number of possible cooling weights at defined time intervals using the cooling data derived. A cooling weight was then accepted as correct if the time difference discussed the expected value of the time difference of the selected temperature intervals.
At first a purely „ignorant approach“ took place, which also did not include a well-known increase of the T(r@D) in the considerati- ons. Despite this lack of adjustment, the overall results were satisfactory. Especially in special cases (negative T(a), „broken experiments“ and childlike proportions of the cooling dummies), the calculated results were superior to the published, statistical benchmarks of the NM method. These advantages were particularly evident at low ambient temperatures, which is due to a peculiarity of the calculation formula with different parameter assumptions for low and high ambient temperatures.
Furthermore, chilling data were derived from 17 pigs killed in another toxicology experiment. The BF method was then also applied to this cooling data. Since a large number of pigs had a higher rectal temperature than humans, it was included in the calculation as part of an „educated-approach“. After an analysis of the CWC derived for the pigs, certain false assumptions for T(a) and T(r@D) could be adjus- ted. Satisfactory results could also be calculated here. The „educated- approach“ led to an improvement in the statistical benchmarks of the BF method.
Compared to the current gold standard, the results were satisfactory and probably even advantageous, especially under special cooling conditions. These should be further investigated in further practical tests on corpses.Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellte Methode „Bruteforcing- Methode“ (BF-Methode) ist ein neuer Ansatz zur temperaturbasierten Todeszeitschätzung. Aktuell wird in der rechtsmedizinischen Routinearbeit die Nomogramm-Methode (NM) verwendet. Die NM berechnet hierbei die seit dem Tode verstrichene Zeit (Schätzung der Time since Death / TsD). In die Berechnung fließen neben der Rektaltemperatur (T(r)) und Umgebungstemperatur (T(a)) die sogenannten Korrekturfaktoren (CF), die eine Anpassung an spezielle Kühlszenarien ermöglichen, ein. Der an- genommene Wert für die CF, individuelle Körperproportionen (z. B. Kind) und die Rektaltemperatur zum Zeitpunkt des Todes (T(r@D)) müssen hierfür geschätzt bzw. mit einem festen Wert angenommen werden. Dies hat eine gewisse Subjektivität der Todeszeitschätzung (mittels NM-Methode) zur Folge.
Ziel dieser Arbeit ist es, die Subjektivität der Todeszeitschätzung, durch die Anwendung der BF - Methode, zu reduzieren. Basis hierfür bildet das Erproben verschiedener Werte für das Kühlgewicht (cooling weight / cw). Dieses entspricht dabei dem Wert, dem ein Körper entsprechend unter Einfluss von CF und Körperproportionen abkühlt. Ziel ist es hierbei, einen über den Auskühlzeitraum konstanten Wert für die Todeszeit zu berechnen. Graphisch kann dieser dann in Abhängigkeit von der Zeit als Kühlgewichtskurve (cooling weight curve / CWC) aufgetragen werden. Bei korrekter Annahme aller in die Berechnung eingehenden Parameter ergibt sich eine horizontale Gerade. Anhand der Kurvenform der CWC können daher auch Aussagen über die Korrektheit der angenommenen Parameter (T(a) und T(r@D)) getroffen werden.
Zunächst, wurden ausgehend von der mathematischen Beschreibung der Leichenkühlung, ideale Kühlkurven für bekannte Parameter modelliert. Auf diese Kühlkurven wurde dann die BF - Methode angewendet. Für bewusst getroffene Fehlannahmen bezüglich T(a) und T(r@D) zeigten sich charakteristische Kurvenformen der CWC. Insbesondere war hierbei eine Detektion einer erhöhten T(r@D) und einer falsch - hoch bzw. falsch niedrig angenommenen Wertes für T(a) möglich.
Weiterhin wurden zur Erprobung der BF-Methode in der Praxis insgesamt zehn Kühldummies mit einem Realgewicht zwischen 5,9 kg und 26,3 kg nach der „Orginalrezeptur“ der NM-Methode hergestellt und für Kühlexperimente verwendet. Hierbei wurden die Kühldummies mit einem selbst gebauten Setup aus Messsonden und Raspberry Pi Computern bestückt und automatisiert ausgelesen. Für die Dummies wurden insgesamt 127 Kühlversuche unter verschiede- nen T(a) und verschiedenen Umgebungsbedingungen mit einer Gesamtlänge der Kühlexperimente von ca. 130 Tagen durchgeführt. Die abgeleiteten Kühldaten wurden nach Glättung durch einen Glättungs- filter (Sawitzky - Golay - Filter / SG-Filter) der Auswertung zugeführt.
Mit einem in der Programmiersprache PYTHON geschriebenen Skript wurde daraufhin die BF-Methode auf die Kühldaten angewendet. Es wurde mittels Python-Skript das Bruteforcing angewendet. Hierbei wurden für eine Vielzahl möglicher Kühlgewichte in zeitlich definierten Abständen anhand der abgeleiteten Kühldaten Erwartungswerte berechnet. Ein Kühlgewicht wurde dann als korrekt akzeptiert, wenn die zeitliche Differenz der Erwartungswert der zeitlichen Differenz der gewählten Temperaturintervalle besprach. Hierbei erfolgte zunächst ein rein „ignoranter Ansatz“, welcher auch eine bekannte Erhöhung der T(r@D) nicht in die Überlegungen ein- schloss. Trotz dieser unterbleibenden Anpassung zeigten sich in der Summe zufriedenstellende Ergebnisse. Besonders in Sonderfällen (negative T(a), „broken experiments“ und kindliche Proportionen der Kühldummies) waren die berechneten Ergebnisse den publizierten, statistischen Benchmarks der NM-Methode überlegen. Diese Vorteile zeigten sich besonders bei niedrigen Umgebungstemperaturen, was auf eine Besonderheit der Berechnungsformel mit unterschiedlichen Parameterannahmen für niedrige und hohe Umgebungstemperaturen zurückzuführen ist.
Weiterhin wurden an 17 Schweinen, aus einem anderen Experi- ment der Toxikologie, Kühldaten abgeleitet. Auf diese Kühldaten wurde dann ebenfalls die BF-Methode angewendet. Da eine Vielzahl der Schweine eine gegenüber dem Menschen erhöhte Rektaltemperatur aufwies, wurde diese hier im Rahmen eines „educated- Berechnungsansatzes“ in die Berechnung einbezogen. Nach einer Ana- lyse der für die Schweine abgeleiteten CWC konnte eine Anpassung bestimmter Fehlannahmen für T(a) und T(r@D) erfolgen. Auch hier konnten zufriedenstellende Ergebnisse berechnet werden.
Der „educated-Berechnungsansatz“ führte hierbei zu einer Verbesserung der statistschen Benchmarks der BF-Methode.
Im Vergleich zum aktuellen Goldstandard ergaben sich zufriedenstellende Ergebnisse und insbesondere auch unter besonderen Abkühlbedingungen wahrscheinlich sogar Vorteile. Diese sollten in weiteren Praxisversuchen an kriminalistisch untersuchten Leichen weiter verifizert werden
Untersuchungen zum Einfluss des Transkriptionsfaktors SpoVG auf die Biofilmbildung in vitro und in vivo von Staphylococcus epidermidis
Get PDFStaphylococcus epidermidis ist als Erreger Fremdkörper-assoziierter Infektionen in der Humanmedizin von großer Bedeutung. Eine seiner wichtigsten Virulenz-Eigenschaften ist die Fähigkeit, auf nahezu jeder Oberfläche mehrschichtige Biofilme ausbilden zu können, einschließlich Zentraler oder Peripherer Venenkatheter und Gelenkprothesen. Ein grundlegendes Verständnis der molekularen Mechanismen der Biofilmbildung ist für die Prävention Fremdkörper-assoziierter Infektionen und für die Entwicklung neuer Therapien unerlässlich. Der σB-abhängige Transkriptionsfaktor SpoVG (stage V sporulation protein G) ist Teil des komplexen Regulationssystems der Biofilmbildung in Staphylococcus epidermidis und ist ein Aktivator der Biofilmbildung in dieser Spezies. Außerdem wurde eine positive Wirkung von SpoVG auf die Biosynthese des Exopolysaccharids PIA (polysaccharide intercellular adhesin) beschrieben, einem wesentlichen Bestandteil der extrazellulären Biofilmmatrix dieser Spezies.
In den Versuchen dieser Arbeit wurde das Staphylococcus epidermidis Isolat 1457 eingesetzt. Eine beschriebene 1457 spoVG-Deletionsmutante stand bereits zur Verfügung und deren neu generierter cis-komplementierter spoVG+ Stamm wurde als erster Schritt dieser Arbeit mittels Transkriptionsanalysen erfolgreich identifiziert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass SpoVG unter einer Vielzahl von Bedingungen als Aktivator der in vitro Biofilmbildung dient. Sowohl unter dynamischen Bedingungen in Glasröhrchen als auch unter statischen Bedingungen in 96 well Flachboden-Platten verlor die 1457 spoVG-Deletionsmutante die Fähigkeit zur Biofilmbildung signifikant, im letzten Fall in einem vergleichbaren Ausmaß wie die als Biofilm-negativ beschriebene PIA-negative Mutante 1457-M10. Insbesondere führte die Deletion von spoVG zu einer reduzierten Biofilmbildung auf Polyurethan-basierten Katheterfragmenten in vitro. SpoVG beeinflusst sowohl die Transkription des icaADBC-Operons, welches die zur PIA-Synthese nötigen Enzyme codiert, als auch die Transkription des icaADBC-spezifischen Repressor-Gens icaR. Dies legt nahe, dass SpoVG seinen Einfluss auf die Biofilmbildung auf transkriptioneller Ebene durch Beeinflussung des ica Gen-Clusters ausübt.
Um den Einfluss von SpoVG auf die Infektiosität in vivo zu untersuchen, wurde ein murines Fremdkörper-assoziiertes Infektionsmodell für Staphylococcus epidermidis 1457 etabliert, wobei Polyurethan-basierte Katheterfragmente in die Subkutis implantiert und entsprechend inokuliert wurden. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass SpoVG keine gravierende Auswirkung auf die Biofilmbildung unter in vivo Bedingungen besitzt, da die bakteriellen Lasten sowohl auf den implantierten Katheterfragmenten als auch in den Proben des umliegenden Gewebes in allen Infektionsgruppen vergleichbar waren. Die in diesem Tiermodell generierten Befunde legen nahe, dass die Synthese von PIA in diesem in vivo Modell keine wesentliche Rolle spielt oder in vivo nicht wesentlich von SpoVG beeinflusst wird. Zugleich zeigen diese Tierversuche aber auf, dass SpoVG in signifikantem Maße zur Entwicklung eines periimplantären Ödems beiträgt sowie die Konzentration von pro-inflammatorischen Zytokinen wie Tumornekrosefaktor an der Infektionsstelle erhöht und folglich die Immunantwort des Wirtes moduliert. Zusammengefasst konnte gezeigt werden, dass SpoVG eine bedeutende Rolle für die Biofilmbildung von Staphylococcus epidermidis unter in vitro Bedingungen spielt, wohingegen es für die Biofilmbildung unter den hier gewählten in vivo Bedingungen unwesentlich zu sein scheint.Staphylococcus epidermidis as a causal agent of foreign body related infections is of great importance in human medicine. Its capacity to form multilayered biofilms on nearly any surface – including central or peripheral venous catheter and joint prosthesis – is considered to be a major virulence characteristic of this bacterium. A fundamental understanding of the molecular mechanisms of biofilm formation is crucial for the prevention of foreign body related infections and the development of new treatments. The σB-dependent transcription factor SpoVG (stage V sporulation protein G) forms part of the complex regulatory system controlling biofilm formation in Staphylococcus epidermidis and is an activator of biofilm formation in this species. In addition, SpoVG has been described to positively affect the biosynthesis of the exopolysaccharide PIA (polysaccharide intercellular adhesin) which is a major component of the extracellular matrix in biofilms of this species.
The Staphylococcus epidermidis isolate 1457 was used in the experiments of this dissertation. A described 1457 spoVG deletion mutant was already available and its newly generated cis complemented spoVG+ strain was successfully identified via transcription analysis as first step of this work. The results of the present work show that SpoVG acts as an activator of the in vitro biofilm formation under a variety of conditions. The 1457 spoVG deletion mutant lost its capacity to form biofilms significantly under dynamic conditions in glass tubes as well as under static conditions in 96 well flat-bottom plates, in the latter condition to a comparable extent as the as biofilm-negative described PIA-negative mutant 1457-M10. Notably, the deletion of spoVG led to a reduced biofilm formation on polyurethane-based catheter fragments in vitro. SpoVG has an impact on the transcription of the icaADBC operon encoding for the enzymes required for PIA synthesis as well as it affects the transcription of the icaADBC specific repressor gene icaR. This indicates that SpoVG exerts its influence on biofilm formation at the transcriptional level by influencing the ica gene cluster.
To investigate the impact of SpoVG on the in vivo infectivity, a murine foreign body related infection model was established for Staphylococcus epidermidis 1457, in which polyurethane-based catheter fragments were implanted into the subcutis and inoculated respectively. The results indicate that SpoVG has no major effect on the in vivo biofilm formation, as the bacterial loads on the catheter tubings and surrounding tissues were comparable in all infection groups. These findings suggest that the synthesis of PIA does not play an essential role in the in vivo model chosen here or that SpoVG does not exert a major effect on PIA synthesis in vivo. Nevertheless, SpoVG contributed substantially to the development of peri-implantation edema and increased the concentration of pro-inflammatory cytokines such as tumor necrosis factor at the infection site suggesting that SpoVG modulates the host immune response. In summary, it could be shown that SpoVG plays an important role for the biofilm formation capacity of Staphylococcus epidermidis under in vitro conditions, whereas it appears to be dispensable for the biofilm formation under the experimental in vivo conditions chosen here
An in vitro pharmacogenomic approach reveals subtype-specific therapeutic vulnerabilities in atypical teratoid/rhabdoid tumors (AT/RT)
Get PDFAtypical teratoid/rhabdoid tumor (AT/RT) is a highly malignant embryonal brain tumor driven by genetic alterations inactivating the SMARCB1 or, less commonly, the SMARCA4 gene. Large-scale molecular profiling studies have identified distinct molecular subtypes termed AT/RT-TYR, -SHH and -MYC. Despite the increasing knowledge of AT/RT biology, curative treatment options are still lacking for certain risk groups and outcomes of these patients remain poor. We performed an in vitro high-throughput drug screen of 768 small molecule drugs covering conventional chemotherapeutic agents and late-stage developmental drugs in 13 AT/RT cell lines and determined intra- and inter-entity differential responses to unravel specific vulnerabilities. Our data demonstrated in vitro preferential activity of mitogen-activated protein kinase kinase (MEK) and mouse double minute 2 homolog (MDM2) inhibitors in AT/RT cell lines compared to other high-grade brain tumor cell lines including medulloblastoma and malignant glioma models. Moreover, we were able to link distinct drug response patterns to AT/RT molecular subtypes through integration of drug response data with large-scale DNA methylation and RNASeq-based expression profiles. Subtype-dependent drug response profiles demonstrated sensitivity of AT/RT-SHH cell lines to B-cell lymphoma 2 (BCL2) and heat shock protein 90 (HSP90) inhibitors, and increased activity of microtubule inhibitors, kinesin spindle protein (KSP) inhibitors, and the eukaryotic translation initiation factor 4E (eIF4E) inhibitor briciclib in a subset of AT/RT-MYC cell lines. In summary, our in vitro pharmacogenomic approach revealed preclinical evidence of tumor type- and subtype-specific therapeutic vulnerabilities in AT/RT cell lines that may inform future in vivo and clinical evaluations of novel pharmacological strategies
Stereoselective Syntheses of Highly Substituted Tetrahydrofurans based on Matteson Homologations
Get PDFDeprotonated trimethylsilylethanol is an excellent nucleophile for Matteson homologations. It can be introduced in high yields and the products are stable under the usual basic reaction conditions. After two further homologation steps, the protective group is automatically cleaved off via a six-membered ring O-B coordination, providing highly substituted tetrahydrofurans
Etablierung und Charakterisierung muriner KRAS-getriebener Lungentumor-Organoide
Get PDFLungenkrebs ist diejenige Krebserkrankung, welche die weltweit höchste Anzahl an krebsbedingten
Todesfällen zu verantworten hat. Der Grundlagenforschung von Lungenkrebs kommt somit weiterhin
eine große Wichtigkeit zu, um die Entstehung dieser malignen Neoplasie besser zu verstehen und
zielgerichtete Therapien daraus ableiten zu können. Dabei bleibt der Einsatz von Tierversuchen eine oft
unverzichtbare Notwendigkeit. Dieser sollte jedoch im Sinne des Tierschutzes auf ein minimales und
ethisch vertretbares Niveau reduziert werden. Ein wichtiger Aspekt zur Erreichung dieses Ziels stellt
die Modellierung von Krebsgewebe durch eine Zellkultur dar, wobei hierzu eine möglichst getreue
Repräsentation der krebseigenen Gewebearchitektur und -eigenschaften benötigt wird. Organoide sind
dreidimensionale Zellkulturmodelle, welche diesem Profil deutlich mehr entsprechen als vergleichbare
2D-Zellkulturen. Lungentumororganoiden wird dabei ein großes Potenzial bezüglich des Einsatzes
in der Wirkstoffforschung und der Präzisionsmedizin, aber auch der Grundlagenforschung,
zugeschrieben.
Das Ziel dieser Arbeit war es, ein niederschwellig durchführbares Protokoll zu etablieren, welches die
dreidimensionale Kultivierung von KRAS-getriebenen murinen Lungentumororganoiden ermöglicht,
um ein Modell eines im Frühstadium befindlichen Lungenadenokarzinoms zu bieten.
Hierzu wurden Tumorknoten aus den Lungen von C57BL/6N KrasLA1-Mäusen herauspräpariert, in
Einzelzellen dissoziiert und in einem Matrigel-haltigen Kulturmedium in Transwell-Membraneinlagen
ausgebracht. Die gewachsenen Organoide wurden über einen maximalen Zeitraum von 30 Tagen
kultiviert, anschließend in Paraffin eingebettet, zu histologischen Schnitten verarbeitet und durch
immunhistochemische Färbungen charakterisiert. Mit dem Vorhaben der Etablierung einer
Negativkontrolle wurde das identische Versuchsprotokoll mit dissoziiertem Lungenparenchym
von Wildtyp-Mäusen unter identischen Kulturbedingungen durchgeführt, um eine
Verunreinigungssituation durch physiologische Lungenzellen abzubilden. Die hierbei gewachsenen
Organoide durchliefen ebenfalls einen 30-tägigen Kultivierungsprozess und eine immunhistochemische
Charakterisierung.
Die aus dissoziiertem Lungentumorgewebe der Kras-Mäuse kultivierten Organoide zeigten sich in der
immunhistochemischen Charakterisierung identisch zum Primärtumor positiv für den
Alveolarepithelzell-Typ-II-Marker SFTPC, negativ für den Keulenzellmarker SCGB1A1 und negativ
für den Basalzellmarker KRT5. Die aus Lungenparenchym der Wildtyp-Mäuse kultivierten Organoide
zeigten sich hingegen SFTPC-negativ, SCGB1A1-positiv und KRT5-negativ. Die vergleichende
Gegenüberstellung der Tumor- und Lungenorganoide zeigte ebenfalls signifikante Unterschiede im
Wachstumsverhalten, der Proliferationsrate sowie im Bereich der zytologischen Merkmale. Beide
Organoid-Typen konnten unter Beibehaltung der immunhistochemischen Charakterisierungsmarker
passagiert und damit expandiert werden. Aus der Co-Kultivierung der Tumororganoide mit
Alveolarmakrophagen resultierte ein größerer Ertrag an Organoiden. Mit dieser Arbeit gelang die Etablierung eines niederschwellig durchzuführenden Protokolls, um
passagierbare, murine, KRAS-getriebene Lungenadenokarzinomzellen in Form einer dreidimensionalen
Zellkultur zu kultivieren. Diese Lungentumororganoide konnten immunhistochemisch charakterisiert
werden, wurden in Ihrem Wachstumsverhalten vermessen und dienen der Modellierung eines im
Frühstadium befindlichen Lungenadenokarzinoms. Weiterhin gelang die Abgrenzung zu aus
Lungenparenchym von Wildtyp-Mäusen identisch kultivierten Lungenorganoiden. Diese konnten
immunhistochemisch als Keulenzellorganoide identifiziert werden. Beide in dieser Arbeit etablierten
Organoidtypen, Tumororganoide und Lungenorganoide, bieten reduktionistische und expandierbare
Modelle zur Erforschung des Lungenadenokarzinoms sowie der heterogenen Keulenzellpopulation und
leisten damit einen Beitrag zur Reduktion von Tierversuchen.Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths worldwide. Basic research into lung cancer is
therefore still of great importance in order to better understand the development of this malignant
neoplasm and to be able to derive targeted therapies. The use of animal experiments remains an often
indispensable necessity. However, in the interest of animal welfare, this should be reduced to a minimal
and ethically acceptable level. An important aspect of achieving this goal is the modelling of cancer
tissue in cell culture. This requires the most faithful possible representation of the cancer's own tissue
architecture and properties. Organoids are three-dimensional cell culture models that are much closer to
this profile than comparable 2D cell cultures. Lung tumor organoids are considered to have great
potential for use in drug discovery and precision medicine, as well as in basic research.
The aim of this work was to establish a low-threshold protocol that allows the three-dimensional
cultivation of KRAS-driven murine lung tumor organoids to provide a model of early-stage lung
adenocarcinoma. Tumor nodules were dissected from the lungs of C57BL/6N KrasLA1 mice, dissociated
into single cells and plated in Matrigel-containing culture medium in Transwell membrane inserts. The
grown organoids were cultured for a maximum of 30 days, then embedded in paraffin, processed for
histological sections and characterised by immunohistochemical staining. To provide a negative control,
the same experimental protocol was performed with dissociated lung parenchyma from wild-type mice
under identical culture conditions to simulate contamination by physiological lung cells. These
organoids were also cultured for 30 days and immunohistochemically characterised.
The organoids cultured from dissociated Kras lung tumor tissue were positive for the alveolar
epithelial cell type 2 marker SFTPC, negative for the club cell marker SCGB1A1 and negative for the
basal cell marker KRT5 in immunohistochemical characterization, identical to the primary tumor. In
contrast, organoids grown from the lung parenchyma of wild-type mice were SFTPC negative,
SCGB1A1 positive and KRT5 negative. Comparison of tumor and lung organoids showed significant
differences in growth behaviour, proliferation rate and cytological characteristics. Both types of
organoids could be passaged and expanded while retaining their immunohistochemical characterisation
markers. Co-cultivation of tumor organoids with alveolar macrophages resulted in a higher yield of
organoids.
With this work, a low-threshold protocol was established to cultivate passageable, murine, KRAS-driven
lung adenocarcinoma cells in the form of a three-dimensional cell culture. These lung tumor organoids
could be characterised immunohistochemically, their growth behaviour was measured and they are used
to model an early stage lung adenocarcinoma. They could also be distinguished from lung organoids
grown in the same way from the lung parenchyma of wild-type mice. These were identified by
immunohistochemistry as club cell organoids. Both types of organoids established in this work, tumor and lung organoids, provide reductionist and expandable models for the study of lung adenocarcinoma
and the heterogeneous club cell population, thus contributing to the reduction of animal experimentation
Neurocognitive effects of CSF biomarkers in idiopathic normal pressure hydrocephalus patients undergoing VP shunt placement
Get PDFIdiopathic normal pressure hydrocephalus is an increasingly prevalent neurodegenerative condition among the elderly,
characterized by the Hakim triad. Accurate diagnosis and prognosis are essential since the symptoms can be reversible
with appropriate treatment, such as VP-shunt surgery. This study investigates the relationship between cerebrospinal
fluid biomarkers, particularly Tau, Phospho-tau, the beta-amyloid ratio (Aβ42/Aβ40), and neurocognitive outcomes post surgery. Eighty patients diagnosed with iNPH who underwent shunt placement between November 2021 and July 2023
were included. A comprehensive neuropsychological test battery was administered before, one hour after, and one day after
lumbar puncture, and six weeks and three months post-surgery. CSF samples were analyzed for tau, phospho-tau and the
beta-amyloid ratio. Neuropsychological tests assessed various cognitive functions, including executive functions, psycho motor speed, language, and memory. Patients with a higher beta-amyloid ratio showed significant cognitive improvement
post-surgery. Neuropsychological tests, such as the DemTect and Trail Making Test A & B indicated enhanced perfor mance over time, particularly at the three-month follow-up. Conversely, the MMSE did not show significant improvement.
The data suggest that the beta-amyloid ratio is a potential prognostic marker for positive neurocognitive outcomes follow ing VP-shunt surgery. The beta-amyloid ratio (Aß42/Aß40) may represent a valuable prognostic biomarker for predict ing cognitive improvement after VP-shunt surgery. Patients with higher ratios exhibited better neurocognitive outcomes,
emphasizing the importance of comprehensive neuropsychological assessments. These findings support the potential of
personalized treatment strategies based on biomarker analysis to optimize patient selection and improve outcomes for
iNPH patients undergoing VP-shunt surgery
