Felicia Paulina Marie Lotze

• Traumatic brain injury (TBI) remains to be a major cause of disability and death, affecting millions of people each year worldwide. Threatening the survival of multiple cell types, including neurons and the vascular endothelial system, TBI compromises cellular membrane integrity, endangers blood-brain-barrier (BBB) function and cerebral blood flow resulting in ischemia and therefore amplifying cerebral injury. Not only the impact itself, injuring brain tissue instantly, but mostly secondary injury, originating from the impact and potentially lasting for years endanger brain tissue. Because the primary injury can only be prevented by precautions, most research aims to elucidate the complex mechanisms underlying secondary injury. Even though the comprehension of pathomechanisms underlying secondary injuries improves rapidly therapies specifically targeting cell death, oxidative stress, inflammation, BBB breakdown, excitotoxicity, and edema formation are not yet fully established. The vasculature is thought to be of major importance in brain injury, closely linked to disability. Saving the vascular endothelial system might improve clinical outcome after TBI. Poloxamer 188 (P188) has been revealed to enhance neuronal function after ischemia/reperfusion (I/R) injury and after TBI in vitro. Simulations proposed that P188 might be able to protect the cellular membrane from damage by resealing membrane defects through insertion into pores. Additionally to protecting neuronal cell membranes, one mechanism aiding neuroprotection is thought to be shielding cells comprising the BBB. In this in vitro study, the direct effect of P188 treatment upon reoxygenation on brain endothelial cells was observed in simulated TBI, applying mild-to-moderate and severe damage. Mouse primary brain microvascular endothelial cells (MBEC) were exposed to normoxic or hypoxic conditions for either 5 or 15 h. 1 h compression was added, and P188 was administered during 2 h reoxygenation. A highly suitable in vitro compression-type TBI model, while simultaneously mimicking I/R injury and contusion, using brain endothelial cells was established by assessing cell number/viability, cytotoxicity/membrane damage, metabolic activity, apoptotic activity and total nitric oxide (NO) production. While this study showed a direct protective effect of P188 in mild-to-moderate in vitro TBI, supporting the hypothesis, these effects were reduced after severe injury. P188, presented during reoxygenation, effected MBEC functioning directly. However, the effects differed between the assays performed, questioning the exact mechanism underlying endothelial protection. This study suggests that the protective properties of P188 on endothelial cells exceed the amphiphilic structure of P188, as some protective effect is shared with the osmotic control. In the future, the mechanism of action of P188, and especially the role of NO in neuroprotection, deserve to be further elucidated.
• Das Schädel-Hirn-Trauma (SHT) ist nach wie vor eine der Hauptursachen für Erwerbsunfähigkeit und Tod. Jährlich sind weltweit Millionen von Menschen betroffen; das Überleben unterschiedlicher Zelltypen, unter anderem von Neuronen und vaskulären Endothelzellen, ist bedroht. Das SHT beeinträchtigt die Integrität der Zellmembran und gefährdet die Funktion der Blut-Hirn-Schranke sowie des zerebralen Blutflusses. Als weitere Folge führt es zu Ischämie, wodurch die zerebrale Schädigung weiter verstärkt wird. Nicht nur das Trauma selbst, welches das zerebrale Gewebe augenblicklich schädigt, sondern vor allem sekundäre Schädigungen, die von dem Trauma ausgehen und möglicherweise jahrelang anhalten, schädigen das Hirngewebe. Da der Primärschaden nur durch Primärprävention verhindert werden kann, zielt ein Großteil der Forschung darauf ab, die komplexen Mechanismen der sekundären Schädigung aufzuklären. Obwohl sich das Verständnis der Pathomechanismen sekundärer Schädigungen wie Ischämie-Reperfusion rapide verbessert, fehlen spezifische Therapien, die Zelltod, oxidativen Stress, Inflammation, Blut-Hirn-Schranken Dysfunktion, Exzitotoxizität und Ödembildung verhindern. Es wird angenommen, dass das Gefäßsystem bei Hirnverletzungen von großer Bedeutung ist. Der Schutz des vaskulären Endothelsystems könnte das klinische Ergebnis nach einem SHT verbessern. Studien haben gezeigt, dass Poloxamer 188 (P188) die neuronale Funktion nach Ischämie/Reperfusionsschaden und nach einem SHT in vitro verbessern kann. In Simulationen schützte P188 die Zellmembran vor Schädigung, indem es durch Membrandefekte entstandene Poren verschloss. Zusätzlich zum direkten Schutz von neuronalen Zellmembranen könnte ein Mechanismus der Neuroprotektion die Zellen der Blut-Hirn-Schranke erfassen. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob die Behandlung mit P188 nach einem in vitro simulierten SHT mit einerseits milder bis moderater und andererseits schwerer Intensität während der Reoxygenierungsphase einen direkten Effekt auf Endothelzellen des Gehirns hat. Hierzu wurde ein geeignetes in vitro SHT-Modell mit primären murinen mikrovaskulären Endothelzellen des Gehirns entwickelt. Die Zellen wurden normoxischen oder hypoxischen Bedingungen für 5 und für 15 Stunden ausgesetzt. Zudem wurden die Zellen für eine Stunde simultan komprimiert. Anschließend wurden sie während der Reoxygenierungsphase für 2 Stunden mit P188 behandelt. Ein direkter Effekt von P188 auf zerebrale Endothelzellen wurde über Zellzahl/Viabilität, Zytotoxizität/Membranschädigung, metabolische Aktivität, Produktion von Stickstoffmonoxid (NO) sowie apoptotische Aktivität untersucht. P188 verbesserte einerseits die Zellzahl/Viabilität und die metabolische Aktivität und andererseits wurde die Zytotoxizität/der Membranschaden nach mildem-moderatem SHT reduziert. Nach stark ausgeprägter Schädigung war dieser Effekt von P188 deutlich reduziert. Zusammenfassend konnte die Hypothese eines direkten Effekts von P188 auf primäre murine mikrovaskuläre Endothelzellen des Gehirns gestützt werden. Weitere Studien, in denen der genaue Wirkmechanismus von P188, insbesondere im Blick auf die NO-Produktion, weiterführend erforscht wird, sind erforderlich.