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Etwa 50% der MS-Patienten leiden unter kognitiven Störungen. Dabei ist nicht die „Kognition“ insgesamt betroffen, sondern einzelne kognitive Funktionen scheinen bei Patienten mit MS besonders vulnerabel: die Fähigkeit der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit sowie des klassischen Arbeitsgedächtnis werden übereinstimmend als vermehrt beeinträchtigt angegeben. Verschiedene Testbatterien zur Erfassung kognitiver Beeinträchtigungen bei MS-Patienten wurden erarbeitet, um verschiedene Teilbereiche zu testen. Zur Untersuchung der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit ist der Symbol Digit Modalities Test (SDMT) ein etabliertes Untersuchungsinstrument und ist essenziell für das Screening für kognitiven Beeinträchtigungen von Patienten mit Multipler Sklerose. Methodologische Adaptionen des Tests wurden in der funktionellen Bildgebung angewendet, jedoch ohne spezifische Untersuchungen der Teilbereiche der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit (IPS) weiter zu erforschen. Zudem gibt es nur wenig Daten über die funktionellen Unterschiede zwischen MS-Patienten und gesunden Probanden. 20 MS-Patienten und eine gesunde Kontrollgruppe mit 20 Probanden wurden mittels funktionellem MRT (fMRT) untersucht, während der SDMT bearbeitet wurde. Darüber hinaus wurden in strukturellen Messungen Informationen hinsichtlich Volumina der weißen und grauen Substanz sowie des Läsionsvolumens erfasst. Anhand der gewonnenen Daten haben wir das aus Vorstudien bekannte neuronale Netzwerk bestehend aus frontalen (Brodman Areal BA6, BA9), parietalen (BA7), okkzipitalen (BA17) cerebellären Bereichen sowie die funktionellen Unterschiede zwischen MS-Patienten und der gesunden Kontrollgruppe analysiert. Ferner wurden Zusammenhänge zwischen den strukturellen Unterschieden der beiden Studiengruppen und den Ergebnissen im SDMT untersucht. Die MS-Patienten schnitten schlechter bei der Bearbeitung des SDMT ab. Beide Gruppen zeigten in der funktionellen Untersuchung eine Aktivierung in dem beschriebenen neuronalen Netzwerk. Die kognitiven Komponenten der IPS zeigte sich durch Aktivierung in superior parietalen und posterior cerebellären Bereichen. Während des SDMT hatten MS-Patienten eine geringere Aktivierung im Cingulum als die gesunde Kontrollgruppe. In der strukturellen Analyse war das Volumen der weißen und grauen Substanz bei der MS-Gruppe geringer als in der gesunden Kontrollgruppe, während das Läsionsvolumen in der MS-Patientengruppe größer war als in der gesunden Kontrollgruppe. Kognitive Komponenten der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit sind abhängig von superior parietalen und posterior cerebellären Regionen, welche bei der Integration visuell-räumlicher Reize und der Antizipation beteiligt sind. Areale, die bei der Aufmerksamkeit eine wichtige Rolle spielen sind bei MS-Patienten weniger aktiv.

The human innate response plays a pivotal role in detection of pathogen- or damage-associated molecular patterns (PAMPs and DAMPs) and contributes to a crucial inflammatory response. PAMPs or DAMPs are recognized by the host immune system via pattern recognition receptors (PRRs). NLR family pyrin domain-containing 3 (NLRP3) inflammasome is one of these PRRs. NLRP3 is a cytoplasmic immune sensor that upon activation produce pro-inflammatory cytokines such as IL-1β and IL-18. These cytokines induce a diverse range of protective host pathways aiming to eradicate the pathogen. However, excessive or chronic inflammasome activation are implicated in the pathogenesis of several autoimmune and auto-inflammatory disorders. Pharmacologic inhibitors of IL-1 are commonly used to combat these disorders. In paper I, we explore the currently available IL-1β inhibiting therapies and how patients undergoing these treatments are at a disproportionate risk to experience invasive bacterial infections. We also summarize the limited knowledge on the role of NLRP3 inflammasome in pneumococcal pathogenesis. Hydrogen peroxide (H2O2) is a physiological metabolite and an important virulence determinant produced by pneumococci. It is highly cytotoxic to host cells. However, not much is known about its impact on host cell death pathways such as NLRP3 inflammasome mediated pyroptosis. In Paper II, we examined the effect of pneumococci-derived H2O2 on epithelial cells by analyzing the interplay between two key cell death pathways, namely apoptosis and pyroptosis. We show that H2O2 can prime as well as activate the NLRP3 inflammasome. Furthermore, we demonstrate that pneumococcal H2O2 initiates cell death via the activation of both apoptotic as well as pyroptotic pathways, mediated by the activation of caspase-3/7 and caspase-1, respectively. H2O2 mediated inflammasome activation results in caspase-1 dependent IL 1β production. However, we show that the final IL-1β release is independent of gasdermin-D (GSDMD) and mainly dependent on the apoptotic cell lysis. In paper III, we focused on understanding the host metabolic responses to infections with pathogens which cause respiratory diseases. We performed metabolome profiling of in vitro single bacterial and viral as well as co-infections of bronchial epithelial cells with Influenza A virus (IAV), Streptococcus pneumoniae, and Staphylococcus aureus. We show that IAV and S. aureus use the host resources for survival and multiplication and have minimal effects on the host metabolome. In contrast, pneumococci significantly alter various host metabolome pathways, including glycolysis, tricarboxylic acid (TCA) cycle and amino-acid metabolism. A hallmark of pneumococcal infections was the intracellular citrate accumulation, which was directly attributed to the action of pneumococci-derived H2O2. Host cell death during an infection results in the release of pro-inflammatory cytokines and danger signals such as ATP. Released ATP can induce neutrophil chemotaxis mediated via purinergic signaling. Neutrophils are typically the first leukocytes to be recruited to the site of infection and are key players in bacterial clearance. However, excessive neutrophil activation is associated with further tissue injury. In paper IV, we investigated the role of ATP in neutrophil response to pneumococcal infections. We show that pneumolysin (Ply), a highly effective pore-forming toxin produced by pneumococci, is a potent activator of neutrophils. Microscale Thermophoresis analysis revealed that Ply and ATP bind to each other. Subsequently, ATP binding neutralizes Ply-mediated neutrophil degranulation, suggesting that Ply-ATP interactions are potentially beneficial during the course of the infection as this could limit the lung injury resulting from excessive Ply-mediated neutrophil activation.

Erkrankungen der Speiseröhre waren in der Vergangenheit ein wenig beachteter Themenkomplex in der Forschung und Entwicklung neuartiger Therapieoptionen. Die Behandlung von Erkrankungen wurde in der Regel systemisch oder chirurgisch durchgeführt. Trotz eines geringeren Risikos für unerwünschte Arzneimittelwirkungen im Vergleich zur systemischen Therapie wurde der Ösophagus bisher kaum als Target zur Medikamentenapplikation in Betracht gezogen. Durch die besonders kurze Transitzeit stellt die Speiseröhre einen sehr anspruchsvollen Applikationsort für die Entwicklung lokal wirksamer Darreichungsformen dar. Zur effektiven Therapie von Tumorerkrankungen, Pilzinfektionen, Motilitätsstörungen oder durch Reflux verursachte Schädigungen im Bereich der Speiseröhre wäre beispielsweise eine lokale Arzneimitteltherapie mit niedrig dosierten Wirkstoffen in mukoadhäsiven Darreichungsformen wünschenswert. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiges System zur gezielten lokalen und langanhaltenden Applikation von mukoadhäsiven Filmen in der Speiseröhre entwickelt und charakterisiert. Das dabei entstandene EsoCap-System besteht aus einem aufgerollten Film, der an einem Faden befestigt und in einer geschlitzten Kapsel positioniert ist. Bei der Einnahme der EsoCap mit einem eigens entwickelten Applikationssystem wird der Mechanismus zum Entrollen des Filmes ausgelöst. Durch den Schluckvorgang wird der Film in der Speiseröhre entrollt und haftet aufgrund der mukoadhäsiven Eigenschaften an der Mukosa des Patienten. Die Funktionalität des Systems konnte in einer Studie mit zwölf gesunden Probanden gezeigt werden. Bei insgesamt 72 durchgeführten Applikationen konnte in 71 Fällen eine erfolgreiche Platzierung des mukoadhäsiven Filmes in der Speiseröhre nachgewiesen werden. Die korrekte Platzierung des Filmes wurde anhand eines neu entwickelten und kontrastierenden Filmes mittels MRT nachgewiesen. Zur standardisierten Evaluation der Akzeptanz wurde ein spezifisch auf die Eigenschaften und Besonderheiten des EsoCap-Systems angepasster Fragebogen entwickelt. Auch die prinzipielle Funktionalität des Systems konnten durch die Studie mit gesunden Probanden, nachgewiesen werden. Das modifizierte EsoCap-System, welches zusätzlich mit einem Sinker zur Erhöhung der Dichte versehen wurde, zeigte in der Befragung eine subjektiv bessere Schluckbarkeit. Zudem konnte ein bereits in der Literatur beschriebener Lern- und Trainingseffekt bei der Einnahme von oralen Darreichungsformen auch beim EsoCap-System beobachtet werden. Neben der vorteilhaften Erhöhung der Dichte des Systems könnte die Verwendung kleinerer Kapseln (z. B. Größe 0) und die Verwendung eines schnell wasserlöslichen Retainers zum Auslösen des Systems mit einer Steigerung der Akzeptanz korreliert sein. Die Verwendung von kleineren Kapseln sollte durch die Verwendung von, im Vergleich zur MRT-Kontrastierung, dünneren, für die lokale Wirkstoffapplikation genügenden Filme möglich sein. Die Akzeptanz und die Überlegenheit des neuartigen Systems im Patienten sind in klinischen Studien zu beweisen. Zudem ist ein Verfahren zur automatisierten Herstellung des sehr komplexen und bisher vollständig manuell gefertigten Systems zu etablieren. Neben der Filmdicke haben sowohl die verwendeten Polymere als auch die Wirkstoffbeladung einen Einfluss auf die Charakteristik der verwendeten Filme. Eine Möglichkeit die Funktionalität von Filmen In vivo besser vorherzusagen, besteht in der Verwendung biorelevanter In vitro-Testsysteme. Aus diesem Grunde wurde der EsoPeriDiss, ein neuartiges und biorelevantes In vitro-Testsystem zur Charakterisierung ösophageal applizierter Darreichungsformen entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass mittels des EsoPeriDiss erste Erkenntnisse hinsichtlich des Freisetzungsverhaltens und der Verweildauer von Filmen in der Speiseröhre bei simulierter Speichelflussrate, simulierter Peristaltik sowie bei verschiedenen simulierten Ausrichtungen des Patienten gewonnen werden können. Durch Variation der Pumpleistung war die Speichelflussrate flexibel steuerbar und ermöglichte, wie auch das modulare Walzensystem, die Simulation verschiedener Einnahmebedingungen. So können Konfigurationen mit niedriger Intensität zur Simulation der nächtlichen Einnahme, aber auch hochintensive Konfigurationen zur Simulation der Einnahme mit Nahrung am Tage zusammengestellt werden. Durch die Ergänzung einer Positionsanpassung war es möglich, sowohl eine waagerechte als auch senkrechte Speiseröhre zu simulieren. Die Simulation von ausgewählten physiologischen Parametern und die In vitro-Charakterisierung verschiedener Darreichungsformen ermöglichten ein besseres Verständnis über die Verhältnisse und Beschaffenheiten von esophageal applizierten Darreichungsformen. Die Zusammenstellung von physiologischen Konfigurationen oder die Übertragung von In vivo-Daten von Patienten auf das System, ergeben für die neuartige modulare Testplattform eine Vielzahl interessanter Möglichkeiten zur Charakterisierung von ösophageal applizierbaren Darreichungsformen. Somit konnte gezeigt werden, dass das modular aufgebaute neue System zahlreiche Möglichkeiten für biorelevante Freisetzungsuntersuchungen bietet. Das EsoCap-System stellt eine neuartige, innovative und hochvariable Plattformtechnologie dar, die die Applikation von mukoadhäsiven Polymerfilmen in der Speiseröhre ermöglicht. Durch Anpassung der Plattform, beispielsweise durch Verwendung verschiedener wirkstoffbeladener Filme könnte das System neue Möglichkeiten in der Therapie von bisher nur unzureichend therapierbaren Krankheiten der Speiseröhre eröffnen. Die Erkenntnisse aus der In vivo-Studie und den In vitro-Untersuchungen geben Anlass zur Hoffnung hinsichtlich einer In vivo verlängerten lokalen Verweildauer von Filmen in der Speiseröhre, die besondere Bedeutung für die Effektivität einer Therapie hat. Das EsoCap-System hat aus vielerlei Hinsicht das Potenzial eine Durchbruchsinnovation im Bereich der Therapie von Erkrankungen der Speiseröhre darzustellen. Durch diese innovative Applikationsmöglichkeit begünstigt, könnte insbesondere das Screening nach hochaktiven und spezifisch in der Speiseröhre wirkenden Wirkstoffen zusätzlich vorangetrieben werden.

Introduction A well-balanced immune maternal status is essential for favourable outcome of pregnancy. Due to their complexities, not all immune adaptations that promote tolerance during pregnancy are known. To understand the adaptation of the B cell compartment, we analysed and compared B cell lymphopoiesis in different lymphoid tissues in a number of murine models. Furthermore, we focused on the humoral immune response during pregnancy. We analysed immunoglobulin profiles in human subjects and mice during pregnancy. These cellular alterations are subject to the influence of chemokines, among others. Therefore, we assessed serum levels of B cell activation factor to clarify its effects during pregnancy. Methods For analysis of the human peripheral B cell compartment, peripheral blood samples from age-matched non-pregnant and pregnant women without pregnancy complications, immunological disease or acute/chronic inflammation were collected and sub-classified into four different groups: non-pregnant, and first, second, or third trimester of pregnancy. The experiments, based on a mouse model, were performed with 8-week-old female mice: clinically healthy non-pregnant (CBA/J (H2k)), pregnant mice with normal gestation (BALB/c (H2d) x CBA/J (H2k)), and mice with pregnancy loss (DBA/2J (H2d)  CBA/J (H2k)). Subsequently, peripheral blood mononuclear cells from blood and lymphatic organs were isolated following standard protocols. The B cell analysis was performed by flow cytometry. The immunoglobulin serum levels of the human and murine subgroups were quantitated using Bio-Plex isotyping assay and analysed by a Bio-Plex reader. To quantify B cell activating factor (BAFF) in serum of pregnant and non-pregnant mice a BAFF enzyme-linked immunosorbent assay was used. The concentrations were determined by using a FLUOstar OPTIMA microplate reader. All statistical analyses were performed using the Kruskal–Wallis test with Dunn’s post-test in GraphPad Prism software. P values of < 0.05 were considered statistically significant. Results We were able to demonstrate B cell lymphopenia in mice bone marrow downstream of pre-pro B cells, irrespective of pregnancy outcome. The mature bone marrow B cells did not show this adjustment mechanism during normal gestation. Closer inspection of the splenic tissue revealed expansion and activation of marginal zone B cells in mice with a normal pregnancy. However, this was not observed in mice suffering from pregnancy disturbances. Natural antibodies secreted from marginal zone B cells were also present at higher concentrations in serum of pregnant mice, compared to non-pregnant animals. We also found significantly higher levels of natural antibodies in serum of pregnant women compared to non-pregnant age-matched controls. Analysis showed significantly lower levels of BAFF in mice with normal pregnancy as compared to non-pregnant mice. Conclusions We are able to show mechanisms within the B cell compartment as well as the change within the natural antibodies that might be crucial for successful pregnancy in both humans and mice. Furthermore, BAFF seems to play a central role as a mediator of peripheral B cell compartment and B cell lymphopoiesis in the bone marrow for successful pregnancy.

Zusammenfassung. Hintergrund: Menschen mit Demenz (MmD) zu versorgen, fordert Gesundheitssystem und pflegende Angehörige heraus und ist nur durch interprofessionelle medizinische und pflegerische Betreuung zu bewältigen. Fragestellung / Ziel: Die AHeaD-Studie untersuchte Einstellungen von Hausärzt_innen (HÄ) und Pflegefachpersonen (PFP) zur Übertragung bislang hausärztlich ausgeführter Tätigkeiten an PFP in der ambulanten Versorgung von MmD. Methoden: In vier Fokusgruppendiskussionen mit 10 HÄ und 13 PFP wurden Einstellungen zur Übertragung bestimmter Tätigkeiten inhaltsanalytisch untersucht sowie Chancen und Barrieren einer Einführung identifiziert. Ergebnisse: HÄ befürworteten die Übertragung bestimmter Tätigkeiten wie Blutentnahmen, Assessments, deren Monitoring oder Folgeverordnungen für Pflegehilfsmittel. „Klassische“ ärztliche Aufgaben (z. B. Diagnostik von Erkrankungen, Erstverordnung von Medikamenten) wurden weiter in hausärztlicher Hand gesehen. PFP forderten für die Beziehung zwischen PFP und HA mehr Wertschätzung und Anerkennung und bemängelten fehlendes Vertrauen sowie unzureichende Kommunikation. Beide Seiten verwiesen auf knappe Zeitbudgets, die sich kaum am reellen Bedarf der MmD orientierten. Schlussfolgerung: Die Umsetzung einer Aufgabenneuverteilung erfordert die Schaffung eines gesetzlichen und finanziellen Rahmens, zeitlicher Ressourcen, konkreter Aufgabenbeschreibungen sowie die stärkere Zusammenarbeit der involvierten Berufsgruppen. Innovative Konzepte könnten zum sinnvollen Einsatz der Ressourcen beider Berufsgruppen beitragen und die Versorgung von MmD stärken.