In vivo Untersuchungen zerebraler β-Amyloidose und Neuroinflammation mittels Positronen-Emissions-Tomographie in einem Amyloid Mausmodell ohne APP Überexpression

Die nicht physiologische Überexpression des β-Amyloid (Aβ) Vorläufer Proteins (engl.: Amyloid Precursor Protein, APP) in den bisher etablierten transgenen Amyloid-Mausmodellen der Alzheimer Erkrankung kann in präklinischen Studien zu potenziellen Störfaktoren führen. Das neue Mausmodell APP-NL-G-F enthält ein mutiertes knock-in Konstrukt, wodurch es möglicherweise ein verbessertes Modell der Alzheimer Krankheit für β-Amyloid-fokussierte Behandlungsstudien darstellt. Ziel dieser Doktorarbeit war es, die serielle Kleintier Positronen-Emissions-Tomographie (PET) der β-Amyloidose und Neuroinflammation bei APP-NL-G-F-Mäusen für zukünftige Therapieüberwachungsstudien zu etablieren und zu validieren. Asymmetrien der β-Amyloid-Plaque-Last sind ein bekanntes Phänomen bei klinischen PET-Untersuchungen der Alzheimer Krankheit, wohingegen sie in Amyloid Mausmodellen bisher nicht genauer untersucht wurden. Daher ergab sich als zweites Ziel dieser Doktorarbeit Asymmetrien der β-Amyloid Pathologie in Amyloid Mausmodellen durch Amyloid-Kleintier PET zu untersuchen. Zusätzlich wurde überprüft, ob diese Asymmetrien mit einer mikroglialen Aktivierung assoziiert sind. 41 APP-NL-G-F-Mäuse (20 Homozygote und 21 Heterozygote) und 12 altersgleiche Wildtypen wurden im Alter von 2,5 bis 10 Monaten mittels [18F]-florbetaben Amyloid-PET und [18F]-GE-180 18-kDa Translokatorprotein (TSPO)-PET in einem longitudinalen Studiendesign untersucht. Für Amyloid- und TSPO-PET wurden relative Standard-Aufnahmewerte (engl.: Standardized-Uptake-Value-Ratio, SUVR) für Cortex und Hippocampus berechnet. Die voxelweise Analyse der SUVR-Bilder erfolgte mittels statistisch parametrischem Mapping. Alle Mäuse durchliefen nach ihrem letzten PET Scan einen Test für die räumliche Lernfähigkeit mit Hilfe eines Morris-Wasserlabyrinths. Die abschließende Quantifizierung von fibrillärem β-Amyloid und aktivierter Mikroglia durch (Immun)histochemie und Biochemie diente zur Validierung der PET Ergebnisse. Im Rahmen der zweiten wissenschaftlichen Arbeit wurden 523 Amyloid-PET Scans von fünf verschiedenen Amyloid Mausmodellen (APP/PS1, PS2APP, APP-SL70, APP-NL-G-F und APPswe) zusammen mit 136 TSPO-PET Scans zum Nachweis mikroglialer Aktivierung im Rahmen einer Querschnittsstudie analysiert. Alle PET-Rohdaten stammten aus früheren internen Studien und wurden für diese Arbeit neu aufbereitet. Zwei bilaterale Zielvolumina im Bereich des Vorderhirns wurden für die Berechnung von SUVRs verwendet. Bei transgenen Mausmodellen diente die weiße Substanz als Referenzregion, bei dem knock-in Modell APP-NL-G-F wurde das periaquäduktale Grau als Pseudoreferenzregion gewählt. Aus der unterschiedlichen Traceraufnahme in die jeweiligen Hirnhemisphären wurde der Asymmetrie Index berechnet. Die hochgerechneten erforderlichen Stichprobengrößen wurden zwischen Analysen einzelner und kombinierter Hirnhemisphären verglichen. Abschließend erfolgten Korrelationsanalysen zwischen den Amyloid-PET Asymmetrie Indizes und den TSPO-PET Asymmetrie Indizes. Die ubiquitäre Amyloid-Pathologie im Gehirn der APP-NL-G-F Mäuse erschwerte die Verwendung von zuvor etablierten Referenzregionen, wie dem Kleinhirn oder der weißen Substanz. Unter Verwendung einer Varianzanalyse für beide PET-Tracer zusammen mit (immun)histochemischen Analysen erwies sich das periaqueduktale Grau im Mesencephalon als eine geeignete Pseudo-Referenzregion für beide Tracer. Homozygote APP-NL-G-F-Mäuse wiesen in einem Altersintervall von 7,5 Monaten (10 Monate vs. 2,5 Monate) für Amyloid- (+9,1%; +3,8%) und TSPO-PET (+19,8%; +14,2%) ansteigende SUVRs im Cortex und Hippocampus auf (alle P < 0,05). Heterozygote APP-NL-G-F-Mäuse zeigten keine signifikanten Veränderungen mit zunehmendem Alter. Ein signifikanter positiver Zusammenhang zwischen den Amyloid- und den TSPO-PET Ergebnissen wurde sowohl im Cortex (R = 0,64; P < 0,001) als auch im Hippocampus (R = 0,48; P < 0,05) beobachtet. Erste signifikante Cluster von β-Amyloid-Ablagerungen und mikroglialer Aktivierung konnten bei homozygoten Mäusen im Alter von 5 Monaten mittels der sensitiveren voxelweisen Analyse detektiert werden. (Immun)histochemische Analysen zeigten in den Plaques von APP-NL-G-F-Mäusen im Vergleich zu anderen transgenen Amyloid Mausmodellen einen geringeren Anteil an fibrillärem β-Amyloid. Bei 10 Monate alten homozygoten APP-NL-G-F-Mäusen war die Fluchtlatenzzeit im Wasserlabyrinth im Vergleich zu Wildtypen signifikant erhöht und ging mit einer erhöhten kortikalen TSPO-Radiotracer Aufnahme einher. Die terminalen (immun)histochemischen und biochemischen Messparameter korrelierten stark mit den erhobenen PET-Daten. Zur Detektion relevanter Asymmetrien erfolgte zunächst die Definition von Schwellenwerten auf der Grundlage von PET-Messungen bei Wildtypen. Mittels dieser Methodik wurden in mindestens 30% aller untersuchten Amyloid Mausmodelle stark asymmetrische β-Amyloid-Ablagerungen identifiziert, jedoch mit unterschiedlichem Ausmaß und unterschiedlicher Prädilektion der Lateralisation. Asymmetrien waren mit einer höheren Varianz der Traceraufnahme in den einzelnen Hemisphären verbunden. Dies resultierte in einer höheren erforderlichen Stichprobengröße für die Analyse einzelner Hemisphären im Gegensatz zur kombinierten Messung beider Hirnhemisphären. In keinem der untersuchten Amyloid Mausmodelle konnte ein Zusammenhang zwischen asymmetrischer β-Amyloid-Verteilung und dem Alter der Tiere nachgewiesen werden. In ähnlich starkem Ausmaß (alle R > 0,385, alle P < 0,05) korrelierte die Lateralisation der Amyloid-PET Daten mit der Lateralisation der TSPO-PET Daten in vier untersuchten Amyloid Mausmodellen. Die Bildgebung von APP-NL-G-F-Mäusen mittels Amyloid- und TSPO-PET wird durch eine ubiquitär zerebrale β-Amyloid-Pathologie und eine relativ geringe Fibrillarität der β-Amyloid-Plaques erschwert. Unter Verwendung des periaqueduktialen Graus als Pseudo-Referenzregion ist diese jedoch erfolgreich durchführbar. Die Progression der Alzheimer Neuropathologie kann durch die serielle [18F]-florbetaben und [18F]-GE-180 PET in homozygoten APP-NL-G-F-Mäusen sensitiv detektiert werden, während beim heterozygoten Genotyp nur geringfügige Veränderungen nachweisbar sind. Die kombinierte Anwendung der PET zusammen mit Verhaltenstests im neuen knock-in Alzheimer Mausmodell APP-NL-G-F stellt eine vielversprechende Methode zur präklinischen Evaluierung neuer Therapeutika dar. Asymmetrien der fibrillären Plaque-Neuropathologie konnten in Amyloid Mausmodellen mit einer hohen Häufigkeit nachgewiesen werden. Dieses Phänomen muss bei der Planung und Gestaltung präklinischer Studien berücksichtigt werden, insbesondere wenn einzelne Hemisphären mit ex vivo Methoden untersucht werden. Die fehlende Altersabhängigkeit der asymmetrischen β-Amyloid-Verteilung impliziert, dass genetische Faktoren bei der Entwicklung einer lateralisierten β-Amyloidose bei Alzheimer Mausmodellen zugrunde liegen. Eine begleitende Asymmetrie der mikroglialen Aktivierung weist auf eine neuroinflammatorische Komponente bei der Prädominanz der fibrillären Amyloidose in der jeweiligen Hemisphäre hin

A single-cell transcriptomic atlas of the developing chicken limb

Through precise implementation of distinct cell type specification programs, differentially regulated in both space and time, complex patterns emerge during organogenesis. Thanks to its easy experimental accessibility, the developing chicken limb has long served as a paradigm to study vertebrate pattern formation. Through decades' worth of research, we now have a firm grasp on the molecular mechanisms driving limb formation at the tissue-level. However, to elucidate the dynamic interplay between transcriptional cell type specification programs and pattern formation at its relevant cellular scale, we lack appropriately resolved molecular data at the genome-wide level. Here, making use of droplet-based single-cell RNA-sequencing, we catalogue the developmental emergence of distinct tissue types and their transcriptome dynamics in the distal chicken limb, the so-called autopod, at cellular resolution.; Using single-cell RNA-sequencing technology, we sequenced a total of 17,628 cells coming from three key developmental stages of chicken autopod patterning. Overall, we identified 23 cell populations with distinct transcriptional profiles. Amongst them were small, albeit essential populations like the apical ectodermal ridge, demonstrating the ability to detect even rare cell types. Moreover, we uncovered the existence of molecularly distinct sub-populations within previously defined compartments of the developing limb, some of which have important signaling functions during autopod pattern formation. Finally, we inferred gene co-expression modules that coincide with distinct tissue types across developmental time, and used them to track patterning-relevant cell populations of the forming digits.; We provide a comprehensive functional genomics resource to study the molecular effectors of chicken limb patterning at cellular resolution. Our single-cell transcriptomic atlas captures all major cell populations of the developing autopod, and highlights the transcriptional complexity in many of its components. Finally, integrating our data-set with other single-cell transcriptomics resources will enable researchers to assess molecular similarities in orthologous cell types across the major tetrapod clades, and provide an extensive candidate gene list to functionally test cell-type-specific drivers of limb morphological diversification

Stahl und Whiskey: ein transatlantischer Handelskrieg?

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Self-organized BMP signaling dynamics underlie the development and evolution of digit segmentation patterns in birds and mammals

We wish to thank C. J. Tabin, E. Clark, and J. C. Scoones for a critical reading of the manuscript, M. Luxey, A. Zuniga, and R. Zeller for providing wild-type mouse embryos, M. Wang for help with R, D. Barac for conceptual input on the developmental digit growth series, and D. Ebert, D. Berner, and all members of our groups for useful discussions. Calculations for scRNA-seq analyses were performed at sciCORE (http://scicore.unibas.ch/), scientific computing center at the University of Basel. This work was supported by research funds from UK Research and Innovation [Biotechnology and Biological Sciences Research Council, grant numbers BB/W003619/1 and BB/X511973/1] to T.W.H. and from the Swiss National Science Foundation [SNSF project grant number 310030_189242] and the University of Basel to P.T.Peer reviewedPublisher PD

Clinical Frailty Scale (CFS) reliably stratifies octogenarians in German ICUs: a multicentre prospective cohort study

Background: In intensive care units (ICU) octogenarians become a routine patients group with aggravated therapeutic and diagnostic decision-making. Due to increased mortality and a reduced quality of life in this high-risk population, medical decision-making a fortiori requires an optimum of risk stratification. Recently, the VIP-1 trial prospectively observed that the clinical frailty scale (CFS) performed well in ICU patients in overall-survival and short-term outcome prediction. However, it is known that healthcare systems differ in the 21 countries contributing to the VIP-1 trial. Hence, our main focus was to investigate whether the CFS is usable for risk stratification in octogenarians admitted to diversified and high tech German ICUs. Methods: This multicentre prospective cohort study analyses very old patients admitted to 20 German ICUs as a sub-analysis of the VIP-1 trial. Three hundred and eight patients of 80 years of age or older admitted consecutively to participating ICUs. CFS, cause of admission, APACHE II, SAPS II and SOFA scores, use of ICU resources and ICU- and 30-day mortality were recorded. Multivariate logistic regression analysis was used to identify factors associated with 30-day mortality. Results: Patients had a median age of 84 [IQR 82–87] years and a mean CFS of 4.75 (± 1.6 standard-deviation) points. More than half of the patients (53.6%) were classified as frail (CFS ≥ 5). ICU-mortality was 17.3% and 30-day mortality was 31.2%. The cause of admission (planned vs. unplanned), (OR 5.74) and the CFS (OR 1.44 per point increase) were independent predictors of 30-day survival. Conclusions: The CFS is an easy determinable valuable tool for prediction of 30-day ICU survival in octogenarians, thus, it may facilitate decision-making for intensive care givers in Germany. Trial registration: The VIP-1 study was retrospectively registered on ClinicalTrials.gov (ID: NCT03134807 ) on May 1, 2017

Radio-frequency ablation as primary management of well-tolerated sustained monomorphic ventricular tachycardia in patients with structural heart disease and left ventricular ejection fraction over 30%

Aims Patients with well-tolerated sustained monomorphic ventricular tachycardia (SMVT) and left ventricular ejection fraction (LVEF) over 30% may benefit from a primary strategy of VT ablation without immediate need for a ‘back-up' implantable cardioverter-defibrillator (ICD). Methods and results One hundred and sixty-six patients with structural heart disease (SHD), LVEF over 30%, and well-tolerated SMVT (no syncope) underwent primary radiofrequency ablation without ICD implantation at eight European centres. There were 139 men (84%) with mean age 62 ± 15 years and mean LVEF of 50 ± 10%. Fifty-five percent had ischaemic heart disease, 19% non-ischaemic cardiomyopathy, and 12% arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy. Three hundred seventy-eight similar patients were implanted with an ICD during the same period and serve as a control group. All-cause mortality was 12% (20 patients) over a mean follow-up of 32 ± 27 months. Eight patients (40%) died from non-cardiovascular causes, 8 (40%) died from non-arrhythmic cardiovascular causes, and 4 (20%) died suddenly (SD) (2.4% of the population). All-cause mortality in the control group was 12%. Twenty-seven patients (16%) had a non-fatal recurrence at a median time of 5 months, while 20 patients (12%) required an ICD, of whom 4 died (20%). Conclusion Patients with well-tolerated SMVT, SHD, and LVEF > 30% undergoing primary VT ablation without a back-up ICD had a very low rate of arrhythmic death and recurrences were generally non-fatal. These data would support a randomized clinical trial comparing this approach with others incorporating implantation of an ICD as a primary strateg

Chronic PPARγ Stimulation Shifts Amyloidosis to Higher Fibrillarity but Improves Cognition.

We undertook longitudinal β-amyloid positron emission tomography (Aβ-PET) imaging as a translational tool for monitoring of chronic treatment with the peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) agonist pioglitazone in Aβ model mice. We thus tested the hypothesis this treatment would rescue from increases of the Aβ-PET signal while promoting spatial learning and preservation of synaptic density. Here, we investigated longitudinally for 5 months PS2APP mice (N = 23; baseline age: 8 months) and App NL-G-F mice (N = 37; baseline age: 5 months) using Aβ-PET. Groups of mice were treated with pioglitazone or vehicle during the follow-up interval. We tested spatial memory performance and confirmed terminal PET findings by immunohistochemical and biochemistry analyses. Surprisingly, Aβ-PET and immunohistochemistry revealed a shift toward higher fibrillary composition of Aβ-plaques during upon chronic pioglitazone treatment. Nonetheless, synaptic density and spatial learning were improved in transgenic mice with pioglitazone treatment, in association with the increased plaque fibrillarity. These translational data suggest that a shift toward higher plaque fibrillarity protects cognitive function and brain integrity. Increases in the Aβ-PET signal upon immunomodulatory treatments targeting Aβ aggregation can thus be protective

Children, parents and pets exercising together (CPET) : exploratory randomised controlled trial

Levels of physical activity (PA) in UK children are much lower than recommended and novel approaches to its promotion are needed. The Children, Parents and Pets Exercising Together (CPET) study is the first exploratory randomised controlled trial (RCT) to develop and evaluate an intervention aimed at dog-based PA promotion in families. CPET aimed to assess the feasibility, acceptability and potential efficacy of a theory-driven, family-based, dog walking intervention for 9-11 year olds

Methodik

Die vegetationskundliche und strukturelle Zuordnung der Lebensraumtypen erfolgt nach der vorrangig von Braun-Blanquet entwickelten Vegetationsklassifizierung, einer hierarchischen Gliederung der Vegetationstypen (Syntaxonomie), die die Ebenen der Assoziation, des Verbandes, der Ordnung und der Klasse umfasst. Hierbei ist die Assoziation die grundlegende Einheit, in der die Pflanzengesellschaften zusammengefasst werden, die sich durch gleiche charakteristische Arten(gruppen)kombinationen auszeichnen. Der Verband vereinigt ähnliche Assoziationen. Das sind bereits umfassendere, jedoch standörtlich noch recht einheitliche Vegetationseinheiten. In Ordnungen werden ähnliche Verbände zusammengefasst. Die Klasse vereinigt ähnliche Ordnungen

Heart Rate Recovery After Exercise Is Associated With Arrhythmic Events in Patients With Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia

BACKGROUND: Risk stratification in catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia remains ill defined. Heart rate recovery (HRR) immediately after exercise is regulated by autonomic reflexes, particularly vagal tone, and may be associated with symptoms and ventricular arrhythmias in patients with catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia. Our objective was to evaluate whether HRR after maximal exercise on the exercise stress test (EST) is associated with symptoms and ventricular arrhythmias. METHODS: In this retrospective observational study, we included patients ≤65 years of age with an EST without antiarrhythmic drugs who attained at least 80% of their age- and sex-predicted maximal HR. HRR in the recovery phase was calculated as the difference in heart rate (HR) at maximal exercise and at 1 minute in the recovery phase (ΔHRR1'). RESULTS: We included 187 patients (median age, 36 years; 68 [36%] symptomatic before diagnosis). Pre-EST HR and maximal HR were equal among symptomatic and asymptomatic patients. Patients who were symptomatic before diagnosis had a greater ΔHRR1' after maximal exercise (43 [interquartile range, 25-58] versus 25 [interquartile range, 19-34] beats/min; P<0.001). Corrected for age, sex, and relatedness, patients in the upper tertile for ΔHRR1' had an odds ratio of 3.4 (95% CI, 1.6-7.4) of being symptomatic before diagnosis (P<0.001). In addition, ΔHRR1' was higher in patients with complex ventricular arrhythmias at EST off antiarrhythmic drugs (33 [interquartile range, 22-48] versus 27 [interquartile range, 20-36] beats/min; P=0.01). After diagnosis, patients with a ΔHRR1' in the upper tertile of its distribution had significantly more arrhythmic events as compared with patients in the other tertiles (P=0.045). CONCLUSIONS: Catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia patients with a larger HRR following exercise are more likely to be symptomatic and have complex ventricular arrhythmias during the first EST off antiarrhythmic drug