Inhaled Interleukin-10 before and after induction of experimental endotoxemia in the rat : effects on the inflammatory response

To determine the effects of inhaled IL-10 at different doses and different time points on the pulmonary and systemic inflammatory response during endotoxemia, 48 ventilated, anaesthetized rats (mean body weight ± standard deviation, 500 ± 33g) were randomly assigned to six groups (n = 8, each). Interleukin-10 was nebulised either prior to or following the intravenous injection of LPS (5mg/kg) at two doses (5.0 mycro-g or 0.5 mycro-g) in our groups. Eight rats received the same insult with no further treatment (LPS-only group). Another eight rats served as controls without endotoxemia but with aerosolized phosphate-buffered saline, the solvent of IL-10 (Sham group). Concentrations of TNF-alpha, IL-1beta, IL-6, and IFN-gamma were analyzed in plasma and bronchoalveolar lavage fluid (BALF). In addition, the nitrite release from ex-vivo cultured alveolar macrophages was determined. As compared to the LPS-only group, the concentrations of the proinflammatory cytokines TNF-alpha, IL-1beta, IL-6, and IFN-gamma in plasma were significantly reduced in the group, which inhaled 5 mycro-g IL-10 before LPS injection (p< 0.0125). Spontaneous nitrite release from exvivo cultured alveolar macrophages was suppressed in this group (p< 0.0125). Inhalation of 0.5 mycro-g IL-10 before LPS injection and both dosages of IL-10 inhalation (5 mycro-g or 0.5 mycro-g) after LPS injection did not significantly influence either inflammatory cytokine concentrations in BALF, in plasma or the nitrite release from ex-vivo cultured alveolar macrophages. In this study, inhaled IL-10 only demonstrated anti-inflammatory effects when it was administered at 5 mycro-g prior to the induction of experimental endotoxemia. Interleukin-10 aerosol had no effect when it was given either following induction of endotoxemia or given at a lower dosage (which here was 0.5 mycro-g) either before or following injection of lipopolysaccharide.Das "Acute Respiratory Distress Syndrome" (ARDS) ist eine akut auftretende, überwiegend Sepsis-induzierte, inflammatorische Erkrankung der Lunge mit hoher Letalität. Ein komplexes Netzwerk aus Zytokinen und anderen proinflammatorischen Mediatoren unterhält die pulmonale Entzündungreaktion. Dem Zytokin Interleukin-10 (IL-10) könnte in diesem Zusammenhang aufgrund seines spezifisch antiinflammatorischen und immunmodulierenden Wirkspektrums eine therapeutische Bedeutung zukommen. In tierexperimentellen Untersuchungen konnten die protektiven Wirkungen von systemisch appliziertem Interleukin-10 bezüglich verringerter Wirkspiegel proinflammatorischer Mediatoren sowie des Überlebens der Versuchstiere bei Sepsis belegt werden. In einer Untersuchung an ARDS-Erkrankten wiesen Patienten, deren bronchoalveoläre Lavage (BAL) hohe Konzentrationen an Interleukin-10 enthielt, eine signifikant niedrigere Letalität auf als Patienten mit niedriger IL-10-Konzentration. Die Inhalation von IL-10 über den Luftweg könnte lokal in der Lunge die Freisetzung von Entzündungsmediatoren verringern und so den Verlauf eines ARDS positiv beeinflussen. Im Rahmen einer bereits durchgeführten Studie der eigenen Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass die Inhalation von IL-10 (0.19 mycro-g/Tier) vor Induktion einer experimentellen Endotoxinämie (Beobachtungszeitraum 6h) zur signifikanten Reduktion proinflammatorischer Zytokine im Plasma sowie der BAL führte. Daneben bewirkte IL-10 Aerosol eine signifikante Verringerung der Nitritproduktion aus ex vivo kultivierten Alveolarmakrophagen (AM). Mit der vorliegenden Studie sollte untersucht werden, ob vernebeltes IL-10 auch in einer geringeren Dosierung als in der ersten Studie angewandt antiinflammatorisch wirksam ist. Daneben sollte geklärt werden, ob der Zeitpunkt der Applikation des IL-10 Aerosol relevant ist. Konkret sollte untersucht werden, ob die Inhalation von IL-10 erst nach Induktion der experimentellen Endotoxinämie ebenfalls antinflammatorisches Potential besitzt. Die Generierung und Verneblung des IL-10 Aerosols erfolgte in der vorliegenden Untersuchung mittels eines speziell für diesen Einsatz von der eigenen Arbeitsgruppe entwickelten und charakterisierten Verneblersystems. Der Vernebler produziert stabil Aerosopartikel, deren Größenverteilung (rund 2 mycro-m) mit hoher Wahrscheinlichkeit in alvelären Bereichen deponiert. Die alveoläre Depositionsfraktion des Verneblers beträgt rund 4% und liegt damit in einem Bereich, der aus der Humanmedizin für die Verneblung bei intubierten Patienten bekannt ist. An 48 narkotisierten, kontrolliert beatmeten Ratten wurde die antiinflammatorische Wirkung eines IL-10-Aerosols untersucht. Die Induktion des experimentellen Lungenschadens erfolgte durch intravenöse Injektion von Endotoxin (Lipopolysaccharid; LPS, in einer Dosierung von 5mg/kg). Als löslicher Bestandteil der Membran gram-negativer Bakterien führt LPS über die Freisetzung proinflammatorischer Substanzen zu entzündlichen Reaktionen, die lokal beschränkt oder auch systemisch auftreten können. Bei Versuchstieren unterschiedlicher Spezies bewirkt die systemische Applikation von LPS pulmonale Veränderungen, die denen des septisch bedingten ARDS des Menschen qualitativ entsprechen. Die Tiere wurden zufällig in eine der sechs Versuchsgruppen eingeteilt (je n=8): Die LPS-Gruppe erhielt eine LPS-Injektion (5 mg/kg/KG) ohne anschließende therapeutische Intervention. Die mit IL-10 behandelten Tiere erhielten das IL-10-Aerosol entweder vor oder nach Induktion der experimentellen Endotoxinämie nach unten genanntem Protokoll. In einer Kontroll (Sham)-Gruppe wurde die Auswirkung von Narkose, chirurgischer Präparation, Beatmung und Aerosolapplikation (IL-10-Trägerlösung; phosphatgepufferte Kochsalzlösung) evaluiert. Neben der in vivo Beobachtung von Hämodynamik (Herzfrequenz, mittlerer arterieller Blutdruck), Lungenmechanik, arteriellen Blutgasen und Blutbild, untersuchten wir anhand von Blutproben und einer Bronchoalveolären Lavage (BAL) die systemische und pulmonale Inflammation (inflammatorische Zytokine TNFalpha, IL-1beta, IL-6 und IFNgamma in Plasma und BAL). Die Verneblung von IL-10 erfolgte in zwei Dosierungen und zu zwei Zeitpunkten: in einer Gruppe wurde IL-10 in einer Dosierung von 5.0 mycro-g (0.19 mycro-g/Tier) vor, und in einer weiteren Gruppe nach Induktion der experimentellen Endotoxinämie vernebelt. In zwei weiteren Versuchgruppen wurde IL-10 in einer Dosierung von 0.5 mycro-g (0.019 mycro-g/Tier) ebenfalls vor sowie nach Injektion von LPS vernebelt. Die Endotoxinämie führte nur zu geringen Verschlechterungen der klinischen Parameter, aber sowohl pulmonal (BAL) als auch systemisch (Plasma) zeigte sich ein Anstieg proinflammatorischer Mediatoren. Gegenüber den Tieren, deren Endotoxinämie unbehandelt blieb, bewirkte nur die Inhalation von IL-10 in der höheren Dosierung (5 mycro-g) das signifikante Abfallen der proinflammatorischen Zytokine TNFalpha, IL-1beta, IL-6 und IFNgamma im Plasma sowie der Freisetzung von Nitrit aus kultivierten AM. IL-10 Aerosol hatte in keiner Dosierung respektive zu keinem Applikationszeitpunkt antiinflammatorische Effekte auf die Zytokinkonzentrationen in der BAL. Die präemptive Vernebelung von IL-10 in einer Dosierung von 5 mycro-g (0.19 mycro-g/Tier) vor Induktion einer experimentellen Endotoxinämie zeigte sowohl auf die AM Kultur als auch systemisch (Plasma) antinflammatorisches Wirkprofil. Demgegenüber zeigte IL-10 keine antinflammatorische Effekte, wenn es erst nach Injektion von LPS oder aber in geringerer Dosierung vernebelt wurde. Zur antiinflammatorischen Therapie der experimentellen Endotoxinämie durch LPS Injektion in der Spezies Ratte erscheint IL-10 Aerosol nur wirksam, wenn es in ausreichender Dosierung (5 mycro-g) sowie vor Injektion von LPS appliziert wird

Exports and Productivity Growth – First Evidence from a Continuous Treatment Approach

A recent survey of 54 micro-econometric studies reveals that exporting firms are more productive than non-exporters. On the other hand, previous empirical studies show that exporting does not necessarily improve productivity. One possible reason for this result is that most previous studies are restricted to analysing the relationship between a firm’s export status and the growth of its labour productivity, using the firms’ export status as a binary treatment variable and comparing the performance of exporting and non-exporting firms. In this paper, we apply the newly developed generalised propensity score (GPS) methodology that allows for continuous treatment, that is, different levels of the firms’ export activities. Using the GPS method and a large panel data set for German manufacturing firms, we estimate the relationship between a firm’s export-sales ratio and its labour productivity growth rate. We find that there is a causal effect of firms’ export activities on labour productivity growth. However, exporting improves labour productivity growth only within a sub-interval of the range of firms’ export-sales ratios.Export-sales ratio, labour productivity, continuous treatment, dose-response function

Management of Febrile Neutropenia - a German Prospective Hospital Cost Analysis in Lymphoproliferative Disorders, Non-Small Cell Lung Cancer, and Primary Breast Cancer

Background: Febrile neutropenia/leukopenia (FN/FL) is the most frequent dose-limiting toxicity of myelosuppressive chemotherapy, but German data on economic consequences are limited. Patients and Methods: A prospective, multicentre, longitudinal, observational study was carried out to evaluate the occurrence of FN/FL and its impact on health resource utilization and costs in non-small cell lung cancer (NSCLC), lymphoproliferative disorder (LPD), and primary breast cancer (PBC) patients. Costs are presented from a hospital perspective. Results: A total of 325 consecutive patients (47% LPD, 37% NSCLC, 16% PBC; 46% women; 38% age >= 65 years) with 68 FN/FL episodes were evaluated. FN/FL occurred in 22% of the LPD patients, 8% of the NSCLC patients, and 27% of the PBC patients. 55 FN/FL episodes were associated with at least 1 hospital stay (LPD n = 34, NSCLC n = 10, PBC n = 11). Mean (median) cost per FN/FL episode requiring hospital care amounted to (sic) 3,950 ((sic) 2,355) and varied between (sic) 4,808 ((sic) 3,056) for LPD, (sic) 3,627 ((sic) 2,255) for NSCLC, and (sic) 1,827 ((sic) 1,969) for PBC patients. 12 FN/FL episodes (LPD n = 9, NSCLC n = 3) accounted for 60% of the total expenses. Main cost drivers were hospitalization and drugs (60 and 19% of the total costs). Conclusions: FN/FL treatment has economic relevance for hospitals. Costs vary between tumour types, being significantly higher for LPD compared to PBC patients. The impact of clinical characteristics on asymmetrically distributed costs needs further evaluation

Chemokines (CCL3, CCL4, CCL5) inhibit ATP-induced release of IL-1beta by monocytic cells

ATP and chemokines are among the first inflammatory mediators that can enter the circulation via damaged blood vessels at the site of injury, leading to an activation of the host’s immune response. The main function of chemokines is leukocyte mobilization, guiding immune cells towards the injured tissue along a chemotactic concentration gradient. In monocytes, ATP typically triggers inflammasome assembly, a multiprotein complex necessary for the maturation and secretion of IL-1beta. IL-1beta is a potent inflammatory cytokine of innate immunity, essential for pathogen defense. However, excessive IL-1beta may cause life-threatening systemic inflammation. Here, we hypothesize that chemokines control ATP-dependent secretion of monocytic IL-1beta, by engaging a cholinergic signaling pathway. LPS-primed human monocytic U937 cells were treated with chemokines in the presence or absence of nAChR antagonists or iPLA2beta inhibitors and concomitantly stimulated with the P2X7 agonist BzATP. IL-1beta concentration was determined in the cell culture supernatants. Silencing of the chemokine receptor and iPLA2b gene expression was achieved by transfecting cells with the appropriate siRNA. CCL3, CCL4, and CCL5 dose-dependently inhibited BzATP-stimulated release of IL-1beta, whereas CXCL16 was ineffective. The effect of CCL3 was confirmed for primary mononuclear leukocytes. The inhibitory effect of CCL3 was blunted after silencing CCR1 or iPLA2beta gene expression by siRNA and was sensitive to antagonists of nAChRs containing subunits alpha7 and alpha9/alpha10. U937 cells secreted small factors in response to CCL3 that mediated the inhibition of IL-1beta release. We suggest that CCL chemokines inhibit ATP-induced release of IL-1beta from U937 cells by a triple-membrane-passing mechanism involving CCR, iPLA2, release of small mediators, and nAChR subunits alpha7 and alpha9/alpha10. We speculate that whenever chemokines and ATP enter the circulation concomitantly, systemic release of IL-1beta is minimized

Neurobiologische Korrelate der Belohnungs- und Suchtreizverarbeitung im Rahmen der Alkoholabhängigkeit und deren pharmakologische Modifikation mit Baclofen

Hintergrund: In der Erforschung alkoholbezogener psychischer Störungen konnte festgestellt werden, dass eine veränderte neurobiologische Verarbeitung des mesokortikolimbischen dopaminergen Systems, des sogenannten Belohnungssystems, vorliegt. In den letzten Jahren rückten vermehrt pharmakologische Behandlungsansätze der Alkoholabhängigkeit in den Fokus, mit überwiegend moderaten Effekten. Einen derzeit diskutierten Therapieansatz stellt die Off-Label Behandlung mit dem GABAB-Rezeptor Agonisten Baclofen zur Abstinenzerhaltung als auch zur Trinkmengenreduktion dar. Methodik: In dieser publikationsbasierten Dissertationsschrift wurden zunächst die pharmakologischen Effekte von individuell titriertem Hochdosis-Baclofen bezüglich der assoziierten Abstinenzraten bei alkoholabhängigen Patient*innen in einer klinischen Studie analysiert (Publikation 1). Diese Patient*innen wurden in Publikation 2 mittels sogenannten pharmako-fMRT-Ansatzes untersucht. Dieser Ansatz umfasst die Kombination aus der Behandlung mit Baclofen und der neurobiologischen Untersuchung mittels funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) zu zwei Messzeitpunkten; vor und nach zweiwöchiger Behandlung mit Baclofen oder Placebo. Gegenstand von Publikation 2 war demnach die zusätzliche Aussage über die assoziierte neuronale Sucht-Reiz-Verarbeitung dieser Patient*innen mittels Cue-Reactivity Paradigma, welches die Reaktion auf alkoholbezogene Reize abbildet. Im Gegensatz dazu wurde in Publikation 3 die nicht-sucht-relatierte neuronale Belohnungsverarbeitung während der Belohnungsantizipation von Geldgewinnen im MRT bei gesunden Jugendlichen mit dem Slot Machine Paradigma untersucht, einem herkömmlich als „einarmigen Banditen“ bezeichneten Spielautomaten. Ergebnisse: Bei der Behandlung mit individuellem Hochdosis-Baclofen konnten signifikant höhere Abstinenzraten in der Baclofen- als in der Placebo-Gruppe berichtet werden (Publikation 1). Mittels Pharmako-fMRT-Ansatzes konnte eine Reduktion der neuronalen Aktivierung bei der Verarbeitung alkohol-relatierter Reize in der Baclofen- im Vergleich zur Placebo-Gruppe beobachtet werden (Publikation 2). Gesunde Jugendliche wiesen eine veränderte Belohnungsantizipation auf, wenn sie eine irrtümliche Kontrollüberzeugung, den Spielautomaten beeinflussen zu können („Illusion of Control; IOC“), innehatten (Publikation 3). Diskussion: Die genannten Studienergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag in der Evaluierung der Behandlung mit Baclofen bei alkoholabhängigen Patient*innen und geben zudem Hinweise auf die zugrundeliegenden neurobiologischen Mechanismen, im Speziellen auf die Verarbeitung belohnungsanzeigender, alkohol-relatierter Reize. Bei gesunden Jugendlichen führte der Faktor einer irrtümlichen Kontrollüberzeugung („IOC“) zu einer veränderten Belohnungsverarbeitung und könnte eine mögliche Prädisposition für eine spätere Suchtentwicklung (z. B. Spielsucht) darstellen. Zusammenfassend trägt die publikationsbasierte Arbeit zum weiteren Verständnis der Alkoholabhängigkeit bei und gibt wichtige Hinweise auf die neurobiologische Funktionsweise eines vielversprechenden pharmakologischen Behandlungsansatzes mit Baclofen.Background: In the course of alcohol dependence, an altered neurobiological processing in the mesocorticolimbic dopaminergic system – the so-called reward system – has been shown. The current pharmacological treatment options for alcohol-dependent patients showed only modest effects. Newsworthy, baclofen a GABAB-receptor agonist has been investigated to prevent relapse behavior or to support alcohol reduction in alcohol-dependent patients. Methods: In this publication-based dissertation, the pharmacological effects of baclofen on abstinence rates in alcohol-dependent patients have been investigated in a clinical trial (publication 1). These patients were also enrolled with a so-called pharmaco-fMRI approach in publication 2. Pharmaco-fMRI is described as a combination of pharmacological treatment with baclofen or placebo and the neurobiological investigation using functional magnetic resonance imaging (fMRI) at baseline and after two weeks of individual titrated high-dose intake. During fMRI, a cue-reactivity paradigm comprising the presentation of alcohol- and non-alcohol-related stimuli, has been conducted twice. In publication 3, the processing of non-drug-related stimuli has been investigated via a slot machine paradigm with a focus on the anticipation phase of monetary gains. Results: Pharmacological treatment with individual high-dose baclofen revealed superiority over placebo in terms of abstinence rates (publication 1). Using pharmaco-fMRI, a reduced activation was observed during an alcohol-associated cue-reactivity paradigm in the baclofen compared to placebo group (study 2). FMRI investigation during non-drug-related gain anticipation revealed higher fronto-striatal activation in adolescents who misconceived an “illusion of control” (IOC group) compared to the noIOC group (adolescents who had no illusion of control). Discussion: The results significantly contribute to the evaluation of the treatment with individual high-dose baclofen in alcohol-dependent patients sustaining abstinence behavior. Furthermore, the associated neurobiological findings might indicate a rehabilitation effect. Illusion of control during neural gain anticipation might further predispose adolescents to a development of addiction-related problems like gambling disorders. In summary, the present publication-based dissertation contributes to the understanding of alcohol dependence and provides important new insights into the neurobiological mode of action during a new promising pharmacological treatment with baclofen

The effects of Bilirubin and Bilirubin-di-taurate on ischemia reperfusion injruy in a rat model of kidney transplantation

Background: Heme oxygenase-1 (HO-1) is the rate-limiting enzyme in the conversion of heme into biliverdin, carbon monoxide (CO) and free iron. Biliverdin is then subsequently reduced to bilirubin by the enzyme bilverdin reductase. In the past decades a lot of effort was conducted to investigate the beneficial effects of HO-1 and its end products biliverdin/bilirubin and CO. Due to intensive research, solid organ transplantation can nowadays be seen as clinical routine. However ischemia reperfusion injury (IR), acute rejection episodes and the occurrence of chronic rejection remain main problems. The severity of IRI can be seen as a prognostic factor for early graft function, immunogenecity of grafts as well as for long term graft survival. The goal of our experiments was to investigate the potential beneficial effects of bilirubin and biliverdin on ischemia reperfusion in a kidney transplantation model of the rat. Methods: Two different sets of experiments were performed: First, kidneys of Lewis rats were exposed to 60 minutes of warm ischemia by clamping the renal artery followed by a 24h reperfusion period. This model was used to find the optimal dosing regimen of bilirubin/biliverdin before the more clinical relevant model of kidney transplantation in the rat was performed. We found that three doses of 10mg/Kg bilirubin were the most effective dose regimen to protect kidneys from ischemia reperfusion injury. In the second set of experiments, kidney transplantation was performed in Lewis rats. Kidneys were harvested and stored in 4C cold UW-solution for 18h. Subsequently the kidneys were transplanted isotopically into the recipient rat. Time of warm ischemia was kept in all experiments constantly at 60 minutes. After 24h of reperfusion tissue samples and serum were harvested for further analyses. Results: Systemic treatment of bilirubin led to a significant amelioration of organ function after ischemia reperfusion injury as assessed by measuring serum creatinine levels and BUN levels after 24h of reperfusion. In addition treated animals showed increased eGFR and a better cell integrity as histomorphological analyses could demonstrate. Conclusion: Systemic treatment with bilirubin and bilverdin has beneficial effects on graft function after ischemia rerperfusion injury

Improving stress coping ability: comparison between the CYP17 genotype Of Ovis Aries and Capra Hircus

The ability of animals to adapt to stress is not only an animal health and welfare concern, but also influences reproduction potential and robustness. An important pathway involved in the stress response is the hypothalamic-pituitary-adrenal axis (HPAA) that results in the release of cortisol from the adrenal gland. In this study the cortisol responses of South African Merinos were measured to assess HPAA responsiveness to stress and relate it to behavioural stress responses to flock-isolation. The experiment was structured according to a 2×2 statistical design, with CYP17 genotype (WT1/WT1 vs. WT1/WT2) and selection line (H-line vs. L-line) as factors. Selection line criteria was based on divergent selection for (H-line) or against (L-line) maternal multiple rearing ability, where the H-line generally outperformed the L-line in terms of reproduction, animal welfare and resistance to certain pathogens. The CYP17 genotype is involved in the biosynthesis pathway of cortisol. In the present study the CYP17 genotype showed a significant influence on behavioural stress responses, where three parameters of the flock-isolation test were affected (P&#60;0.05), namely the number of bleats uttered, the urinating frequency and the average distance from a human operator. It is suggested that the CYP17 genotype affects behavioural responses via its effects on cortisol production, and that the SNPs located within the CYP17 genotype may have application in marker-assisted selection of sheep