Cerebrospinal fluid ferritin—Unspecific and unsuitable for disease monitoring

Background and purpose Subarachnoid hemorrhage is sometimes difficult to diagnose radiologically. Cerebrospinal fluid (CSF) ferritin has been proposed to be highly specific and sensitive to detect hemorrhagic central nervous system (CNS) disease. We analyzed here the specificity of CSF ferritin in a large series of various CNS diseases and the influence of serum ferritin. Materials and methods CSF ferritin, lactate, protein and total cell count were analyzed in 141 samples: neoplastic meningitis (n=62), subarachnoid hemorrhage (n=20), pyogenic infection (n=10), viral infection (n=10), multiple sclerosis (n=10), borreliosis (n=5) and normal controls (n=24). Cerebrospinal fluid ferritin was measured with a microparticle immunoassay. In addition, serum and CSF ferritin were compared in 18 samples of bacterial and neoplastic meningitis. Results In CNS hemorrhage, median ferritin was 51.55μg/L (sensitivity: 90%) after the second lumbar puncture. In neoplastic meningitis, the median CSF ferritin was 16.3μg/L (sensitivity: 45%). Interestingly, ferritin was higher in solid tumors than that in hematological neoplasms. In 90% of pyogenic inflammation, ferritin was elevated with a median of 53.35μg/L, while only 50% of patients with viral infection had elevated CSF ferritin. In ventricular CSF, median ferritin was 163μg/L, but only 20.6μg/L in lumbar CSF. Ferritin was normal in multiple sclerosis and borreliosis. Conclusions Ferritin was elevated not only in hemorrhagic disease, but also in neoplastic and infectious meningitis. Ferritin was not a reliable marker of the course of disease. The influence of serum ferritin on CSF ferritin is negligible. We conclude that elevated CSF ferritin reliably, but unspecifically indicates severe CNS disease

Profiling of metalloprotease activities in cerebrospinal fluids of patients with neoplastic meningitis

Background: Neoplastic invasion into leptomeninges and subarachnoid space, resulting in neoplastic meningitis (NM) is a fatal complication of advanced solid and hematological neoplasms. Identification of malignant involvement of the cerebrospinal fluid (CSF) early in the disease course has crucial prognostic and therapeutic implications, but remains challenging. As indicators of extracellular matrix (ECM) degradation and breakdown of the blood–brain-barrier, Matrix Metalloproteases (MMPs) and A Disintegrin and Metalloproteases (ADAMs) are potential analytes for cerebral pathophysiology and metastatic dissemination of tumor cells into the CSF. Methods: We compared protease activities in CSF samples from patients with NM and control individuals using FRET-based metalloprotease substrates with distinct enzyme selectivity profiles in a real-time, multiplex approach termed “proteolytic activity matrix assay” (PrAMA). Protease activity dynamics can be tracked by fluorescence changes over time. By simultaneously monitoring a panel of 5 FRET-substrate cleavages, a proteolytic signature can be identified and analyzed to infer the activities of multiple specific proteases. Distinct patterns of substrate cleavage comparing disease vs. control samples allow rapid, reproducible and sensitive discrimination even in small volumes of CSF. Results: Individual substrate cleavage rates were linked to distinct proteases, and PrAMA computational inference implied increased activities of MMP-9, ADAM8 and ADAM17 (4–5-fold on average) in CSF samples from NM patients that were inhibitable by the metalloprotease inhibitor batimastat (BB-94). The activities of these proteases correlated with blood–brain barrier impairment. Notably, CSF cell counts were not found to directly reflect the protease activities observed in CSF samples from NM patients; this may explain the frequent clinical observation of negative cytology in NM patients. Conclusion: PrAMA analysis of CSF samples is a potential diagnostic method for sensitive detection of NM and may be suitable for the clinical routine. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:10.1186/s12987-017-0070-5) contains supplementary material, which is available to authorized users

Quantifizierung morphologischer Veränderungen meningealer Strukturen in magnetresonanztomographischen Untersuchungen

Kontrastmittelanreicherungen der Meningen können bei vielen Erkrankungen unterschiedlicher Ätiologie beobachtet werden. Die Einführung neuer MRT-Verfahren, wie der dreidimensionalen „magnetization-prepared rapid-acquisition-gradient-echo“ (3D MP-RAGE)-Sequenz, haben zu einer prominenteren Darstellung veränderter Meningen geführt und sich in der alltäglichen, klinischen Praxis etabliert. Unklar blieb bislang allerdings, ob eine subjektive Verdickung erkrankter Meningen objektiv quantifizierbar ist und durch Messungen signifikante Unterschiede im Durchmesser und der Morphologie zu ermitteln sind. Ziel dieser Arbeit war, neben der Analyse verdickter Meningen in dem bislang größten vergleichbaren Patientenkollektiv, die klinischen Ursachen kontrastmittelaufnehmender Meningen bei unterschiedlichen MRT-Verfahren zu untersuchen, besonders in Hinblick auf die Meningeosis neoplastica. Dazu wurden ca. 41.500 Befunde aus den Jahren 2011-2016 mittels Stichwortsuche durchsucht, von denen 197 Untersuchungen in die Studie aufgenommen wurden und schließlich 108 Patienten komplett analysiert werden konnten. Verglichen wurden Schädel-MRTs nach Kontrastmittelgabe mit den Sequenzen T1 und 3D MP-RAGE gegen eine Kontrollgruppe von 121 Patienten mit normalen Meningen. Native T2-FLAIR-Sequenzen wurden für die Analyse der Morphologie und Signalintensität genutzt. Es konnte gezeigte werden, dass sich die visuelle Einschätzung einer meningealen Verdickung in der Beobachtungsgruppe durch Messungen des Durchmessers der Meningen (Mittelwert der Dicke 2,16mm ), im Vergleich zu einer als normal befundeten Kontrollgruppe (Mittelwert der Dicke 1,47mm), bestätigen lässt (p<0,001). Als optimales Verfahren zur Beurteilung der Meningen bewährte sich die kontrastmittelgestützte 3D MP-RAGE Sequenz. Die Daten zeigten weiterhin, dass sich native T2-FLAIR-Sequenzen anhand von Morphologie und Signalverhalten nicht zur Diagnosestellung eignen. Wie erwartet waren verschiedene Pathologien für die Verdickung der Meningen verantwortlich. So lagen bei 56,5% der Patienten eine mechanische, bei 23,1% eine neoplastische und bei 17,6% eine entzündliche Ursache zugrunde, wobei 14,8% auf die Meningeosis neoplastica entfielen. Die restlichen 2,8% zeigten eine ischämische Ursache oder blieben unbekannt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine pathologische Kontrastmittelaufnahme der Meningen durch erfahrene Neuroradiologen allein durch die subjektive Einschätzung diagnostiziert werden kann und dass eine Vielzahl unterschiedlicher Pathologien eine Verdickung der Meningen zur Folge hat. Folglich sollte eine Kontrastmittelanreicherung der Hirnhäute nicht voreilig zu der Diagnose einer Meningeosis neoplastica führen. Durch angepasste Messmethodik könnten zukünftige Studien die Verlässlichkeit der gewonnen Ergebnisse noch stärker untermauern

The role of cytotoxic drugs in the treatment of central nervous system gliomas

Gliomas are the most frequent subtype of primary brain tumors. They are lethal tumors, characterized by diffuse infiltration of the brain and a high resistance to conventional cancer therapies. Following maximal neurosurgical resection, bound to the limits of acceptable neurological sequelae, immediate post-operative radiotherapy is indicated in the majority of patients. Chemo - therapy with the alkylating agent temozolomide, administered daily concomitantly to radiotherapy, and followed by six adjuvant monthly cycles, significantly improves the survival of newly diagnosed glioblastoma patients and has become the standard of care. Temozolomide is also the most often used chemotherapeutic treatment for recurrent low-grade and anaplastic gliomas after initial surgery and irradiation. The potential role of postoperative temozolomide in the first line treatment for low-grade and anaplastic glioma is currently under investigation in phase III trials. After failure of temozolomide, there is only limited activity of any other cytotoxic agent and the benefit of such second line therapy seems to be limited to a small subgroup of patients with the most chemosensitive gliomas. Abnormal hypermethylation of the promoter of the MGMT gene has been correlated with the response of glioma to alkylating chemotherapy. The loss of chromosomal arms 1p and 19q are genetic markers characteristic for gliomas with oligodendroglial differentiation which are also most sensitive to treatment. The predictive and prognostic value of these molecular markers is currently being determined prospectively in phase III studies. Anti-angiogenic agents and targeted receptor tyrosine kinase inhibitors are new pharmacological classes with activity against malignant gliomas. Phase III clinical studies evaluating combinations of these new agents with classical cytotoxic agents in first and in second line have recently been initiated.SCOPUS: re.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

Die Rolle des DDR1 beim Glioblastoma multiforme

Das Glioblastoma multiforme (GBM) ist der aggressivste (WHO Grad IV) und der häufigste hirneigene Tumor. Die Standardtherapie beim GBM besteht aus einer größtmöglichen und sicheren Tumorresektion gefolgt von einer adjuvanten Radio- und Chemotherapie mit Temozolomid (TMZ). Trotz der konsequenten Therapie hat das GBM mit einer medianen Überlebensrate von 14-15 Monaten eine schlechte Prognose. Die Zellen dieses extensiv infiltrierenden Tumors interagieren mit dem Kollagen der extrazellulären Matrix. Stammzellen des GBM (GBM SZ) sind in kollagenreichen Nischen vor antineoplastischen Behandlungen geschützt. Die hier vorgelegte Arbeit untersuchte die Rolle des Discoidin-Domain-Receptor-1 (DDR1), einem Kollagen-Rezeptor, in der Biologie maligner Gliome. Hierbei wurde die Interaktion zwischen GBM SZ und der Kollagenmatrix über diesen Rezeptor näher betrachtet. Dabei konnte mit immunhistochemischer Markierung bestätigt werden, dass sich die GBM SZ in unmittelbarer Nähe zum Kollagen befinden und diese auch DDR1 exprimieren. Zudem wurde die Aberranz von GBM SZ und dem DDR1-Expressionsprofil in patienten-gematchten Proben von Primus und Rezidiv miteinander verglichen. Es konnte kein Unterschied im DDR1-Expressionsstatus und in den Stammzell-Akkumulationen zwischen Tumorgewebe aus Primus und Rezidiv demonstriert werden. Um nachzuweisen, dass die DDR1 Expression charakteristisch für den Stammzellphänotyp im GBM ist, wurde sowohl die DDR1-Expression auf Proteinebene über einen Immunfluoreszenz-basierten Nachweis als auch der DDR1-Genexpressionsstatus über die quantitative real-time Polymerase-Ketten-Reaktion (qPCR) analysiert. Hierbei wurden primäre humane Zellen verglichen, die einerseits unter Stammzellbedingungen und andererseits unter Differenzierungsbedingungen kultiviert wurden. Es konnte zwischen differenzierten und unter Stammzellbedingungen kultivierten Zellen in der DDR1-Expression ein geringer Unterschied beobachtet werden, ein größerer zeigte sich vor allem in der Membran-Lokalisation von DDR1. Es ließ sich jedoch kein quantifizierbarer Unterschied in der DDR1-Genexpression zwischen beiden Zelltypen feststellen. Weiterhin wurde die inhibitorische Wirkung eines DDR1-Inhibitors auf primäre humane GBM SZ über das Western Blot-Verfahren studiert, indem vor allem die Wirkungskinetik des DDR1-Inhibitors via Phosphorylierungsstatus des DDR1 überprüft wurde. Da die Analyse des DDR1-Phosphorylierungsstatus noch nicht ausreichend etabliert werden konnte, lieferte die Untersuchung der inhibitorischen Wirkung des genutzten DDR1-Inhibitors keine verwertbaren Ergebnisse. Die hier vorgestellten Ergebnisse bieten die Rationale für weitere Untersuchungen, insbesondere von Dosis-Wirkungs-Kurven zum Vergleich einer Kombinationsbehandlung aus DDR1-Inhibitor und TMZ mit einer Behandlung aus TMZ allein, um zu klären, ob die Kombinationsbehandlung der Monotherapie aus TMZ überlegen ist. Damit könnte die wissenschaftliche Grundlage für eine Verbesserung der Wirksamkeit der zytotoxischen Chemotherapie in der klinischen Routine gelegt werden

The role of cytotoxic drugs in the treatment of central nervous system gliomas

Gliomas are the most frequent subtype of primary brain tumors. They are lethal tumors, characterized by diffuse infiltration of the brain and a high resistance to conventional cancer therapies. Following maximal neurosurgical resection, bound to the limits of acceptable neurological sequelae, immediate post-operative radiotherapy is indicated in the majority of patients. Chemotherapy with the alkylating agent temozolomide, administered daily concomitantly to radiotherapy, and followed by six adjuvant monthly cycles, significantly improves the survival of newly diagnosed glioblastoma patients and has become the standard of care. Temozolomide is also the most often used chemotherapeutic treatment for recurrent low-grade and anaplastic gliomas after initial surgery and irradiation. The potential role of postoperative temozolomide in the first line treatment for low-grade and anaplastic glioma is currently under investigation in phase III trials. After failure of temozolomide, there is only limited activity of any other cytotoxic agent and the benefit of such second line therapy seems to be limited to a small subgroup of patients with the most chemosensitive gliomas: Abnormal hypermethylation of the promoter of the MGMT gene has been correlated with the response of glioma to alkylating chemotherapy. The loss of chromosomal arms I p and 19q are genetic markers characteristic for gliomas with oligodendroglial differentiation which are also most sensitive to treatment. The predictive and prognostic value of these molecular markers is currently being determined prospectively in phase III studies. Anti-angiogenic agents and targeted receptor tyrosine kinase inhibitors are new pharmacological classes. with activity against malignant gliomas. Phase III clinical studies evaluating combinations of these new agents with classical cytotoxic agents in first and in second line have recently been initiated

Galectin-1 expression in human glioma cells: modulation by ionizing radiation and effects on tumor cell proliferation and migration

Galectins are evolutionarily conserved beta-galactoside-binding lectins which recognize specific glycoconjugates on the cell surface and the extracellular matrix. Accumulating evidence indicates that these proteins are involved in a variety of physiological and pathological processes including tumor growth and metastasis. Up-regulated expression of galectin-1 is a hallmark of a variety of malignant tumors. Here, we examined the expression of galectin-1 in glioma cell lines, the influence of ionizing irradiation and the intracellular and extracellular effects of this protein on tumor cell proliferation and migration. Galectin-1 was detected in both A172 and U118 glioma cells by immunoblot analysis. Ionizing irradiation induced a statistically significant up-regulation in glioma cell lines. RNA-interference-mediated silencing resulted in a significant suppression of the proliferation of the A172 cells, while the addition of recombinant galectin-1 had no effect. On the other hand, the migratory capacity of both cell lines was reduced after galectin-1 down-regulation, and up-regulated by the addition of exogenous galectin-1. Our results provide evidence of a role for galectin-1 in the regulation of glioma cell proliferation and migration. While an intracellular mechanism seemed to prevail in galectin-1-mediated regulation of tumor cell proliferation, the control of cell migration was exerted by both intracellular and extracellular mechanisms. In addition, this protein was up-regulated by ionizing radiation, indicating that the blockade of this protein should be performed before radiotherapy to avoid any undesired stimulating effects. Given the multifactorial role of galectin-1 in the regulation of tumor escape and metastasis, we conclude that targeting galectin-1 may have therapeutic benefits in the treatment of malignant glioma.Fil: Strik, Herwig M.. Universität Göttingen; AlemaniaFil: Schmidt, Katharina. Universität Göttingen; AlemaniaFil: Lingor, Paul. Universität Göttingen; AlemaniaFil: Tonges, Lars. Universität Göttingen; AlemaniaFil: Kugler, Wilfried. Universität Göttingen; AlemaniaFil: Nitsche, Mirko. Universität Göttingen; AlemaniaFil: Rabinovich, Gabriel Adrián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Bähr, Mathias. Universität Göttingen; Alemani

MOESM1 of Profiling of metalloprotease activities in cerebrospinal fluids of patients with neoplastic meningitis

Additional file 1. Sketch of proteases and CSF infiltration, correlation analyses, and ELISA results