Klinik und Poliklinik fĂĽr Kinder- und Jugendmedizin
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Hyperoxia is a well-known cause of cerebral white matter injury in preterm infants with male sex being an independent and critical risk factor for poor neurodevelopmental outcome. We investigated the underlying mechanisms behind such a sex dependent difference in oligodendrocyte progenitor cells (OPCs). Our findings demonstrate that oxidative stress severely affects cellular functions related to energy metabolism, stress response, and maturation in male derived oligodendrocyte progenitor cells (OPCs) whereas the female cells remain largely unaffected. This impairment of maturation is accompanied by the downregulation of nucleoporin and nuclear lamina proteins. We identify Nup133, which regulates OPC maturation as a major target protein affected by hyperoxia in male cells and that this differential response is mediated by an inverse Nup133 regulation in the male and female cells. It also regulates mitochondrial function and oxidative stress response through its downstream target Nuclear respiratory factor 1 (Nrf1). Additionally, the presence of 17-β estradiol and higher amounts of fetal zone steroids (precursors for maternal estrogen synthesis during fetal development) confer resistance to the female cells mediated by the estrogen receptor alpha (ERα) along with Nup133. Both Nup133 and ERα regulate mitochondrial function and oxidative stress response by transcriptional regulation of Nrf1. These findings establish prominent sex based differences and the molecular mechanisms involved in differential response of OPCs towards oxidative stress and the important role of Nup133 in mediating a severe negative outcome in the male cells.
Human cytomegalovirus (HCMV) latency is typically harmless but reactivation can be largely detrimental to immune compromised hosts. We modeled latency and reactivation using a traceable HCMV laboratory strain expressing the Gaussia luciferase reporter gene (HCMV/GLuc) in order to interrogate the viral modulatory effects on the human adaptive immunity. Humanized mice with long-term (more than 17 weeks) steady human T and B cell immune reconstitutions were infected with HCMV/GLuc and 7 weeks later were further treated with granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) to induce viral reactivations. Whole body bio-luminescence imaging analyses clearly differentiated mice with latent viral infections vs. reactivations. Foci of vigorous viral reactivations were detectable in liver, lymph nodes and salivary glands. The number of viral genome copies in various tissues increased upon reactivations and were detectable in sorted human CD14+, CD169+, and CD34+ cells. Compared with non-infected controls, mice after infections and reactivations showed higher thymopoiesis, systemic expansion of Th, CTL, Treg, and Tfh cells and functional antiviral T cell responses. Latent infections promoted vast development of memory CD4+ T cells while reactivations triggered a shift toward effector T cells expressing PD-1. Further, reactivations prompted a marked development of B cells, maturation of IgG+ plasma cells, and HCMV-specific antibody responses. Multivariate statistical methods were employed using T and B cell immune phenotypic profiles obtained with cells from several tissues of individual mice. The data was used to identify combinations of markers that could predict an HCMV infection vs. reactivation status. In spleen, but not in lymph nodes, higher frequencies of effector CD4+ T cells expressing PD-1 were among the factors most suited to distinguish HCMV reactivations from infections. These results suggest a shift from a T cell dominated immune response during latent infections toward an exhausted T cell phenotype and active humoral immune response upon reactivations. In sum, this novel in vivo humanized model combined with advanced analyses highlights a dynamic system clearly specifying the immunological spatial signatures of HCMV latency and reactivations. These signatures can be merged as predictive biomarker clusters that can be applied in the clinical translation of new therapies for the control of HCMV reactivation.
Introduction
Primary immunodeficiency disorders (PIDs) are a heterogeneous group of more than 200 rare diseases. Timely diagnosis is of uttermost importance. Therefore, we aimed to develop a diagnostic questionnaire with computerized pattern-recognition in order to support physicians to identify suspicious patient histories.
Materials and methods
Standardized interviews were conducted with guardians of children with PID. The questionnaire based on parental observations was developed using Colaizzis’ framework for content analysis. Answers from 64 PID patients and 62 controls were analyzed by data mining methods in order to make a diagnostic prediction. Performance was evaluated by k-fold stratified cross-validation.
Results
The diagnostic support tool achieved a diagnostic sensitivity of up to 98%. The analysis of 12 interviews revealed 26 main phenomena observed by parents in the pre-diagnostic period. The questions were systematically phrased and selected resulting in a 36-item questionnaire. This was answered by 126 patients with or without PID to evaluate prediction. Item analysis revealed significant questions.
Discussion
Our approach proved suitable for recognizing patterns and thus differentiates between observations of PID patients and control groups. These findings provide the basis for developing a tool supporting physicians to consider a PID with a questionnaire. These data support the notion that patient’s experience is a cornerstone in the diagnostic process.
Das Immunsystem des Neugeborenen unterscheidet sich grundlegend von
dem des Erwachsenen. Aufgrund der unvollständig entwickelten adaptiven
Immunantwort sind Neonaten einer erhöhten Infektionsgefahr ausgesetzt,
während sie vorrangig auf das innate Immunsystem bei der Abwehr von
Erregern zurĂĽckgreifen mĂĽssen. Einen wesentlichen Bestandteil dieser
angeborenen Immunabwehr stellen die neutrophilen Granulozyten dar, die
unter anderem in Form der Phagozytose die Bekämpfung von Pathogenen
im Gewebe realisieren.
Eine weitere, 2004 beschriebene Funktion der Neutrophilen ist die Bildung von „Neutrophil Extracellular Traps“ (NETs). Bei dieser speziellen Form des Zelltods, die auch als NETose bezeichnet wird, nutzen die neutrophilen Granulozyten ihre DNA und intrazelluläre Proteine, um antimikrobiell wirksame, netzförmige Strukturen in den Extrazellularraum auszuwerfen. Diese sind dort in der Lage, Pathogene zu binden und zu zerstören. Ziel dieser Arbeit war, die NETose bei Neugeborenen im Vergleich zu Erwachsenen zu untersuchen und wichtige perinatale Einflussfaktoren auf die NETose zu charakterisieren.
Die Neutrophilen wurden aus Nabelschnurblut isoliert und anschlieĂźend
mit entsprechenden Stimuli zur NETose angeregt. Die ausgeworfene DNA
wurde angefärbt, mittels Fluoreszenzmikroskopie analysiert und die
Ergebnisse hinsichtlich Anzahl und Größe der NETs ausgewertet.
In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass die NETose bei
Neugeborenen im Vergleich zu Erwachsenen signifikant vermindert ist.
DarĂĽber hinaus wurde ein Zusammenhang mit dem Gestationsalter
festgestellt, so wiesen unreife gegenüber reifen Neugeborenen ebenfalls eine eingeschränkte NET-Fähigkeit auf. Ferner wurde der Einfluss weiterer Parameter beleuchtet, wie des Geburtsgewichts und des -modus, des Geschlechts oder einer perinatalen Infektion.
Die verminderte Fähigkeit zur NETose ist Teil der unvollständig
entwickelten Immunantwort bei Neugeborenen und könnte so zu deren
Infektionsanfälligkeit beitragen.
Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass subklinisch verlaufende Infektionen während der Schwangerschaft zu vorzeitiger Wehentätigkeit, vorzeitigem Blasensprung, Frühgeburt und erhöhter maternaler und kindlicher Infektionsmorbidität führen können. Nach Mutterschafts-Richtlinien ist eine serologische Screeninguntersuchung auf Röteln, Lues, Hepatitis B, sowie Chlamydien obligat. Dagegen werden Untersuchungen auf weitere pränatal relevante Infektionen wie Gruppe B-Streptokokken und Mykoplasmen/ Ureaplasmen nur bei Indikation oder als privat zu zahlende Gesundheitsleistungen (IGeL) angeboten.
Die Fragestellung dieser Untersuchung lautete: (1) Wie unterscheidet sich die Screening-Inzidenz von gesetzlich vorgeschriebenen und fakultativen Infektions-untersuchungen in der Schwangerschaft? (2) Führen die hier untersuchten Infektionen in der Schwangerschaft vermehrt zu Frühgeborenen oder zur stationären Behandlung des Neugeborenen? (3) Liegt in dem fakultativen GBS- und Mykoplasmen-/Ureaplasmen-Screening die Gefahr potentiell vermeidbarer Infektions-assoziierter Komplikationen?
Im Rahmen des populationsbasierten Survey of Neonates in Pommerania (SNiP-Studie) wurden zwischen Januar 2003 und November 2008 bei 5268 Müttern und ihren Neugeborenen Daten zu Chlamydien-, Syphilis-, Hepatitis-B-Virus, Röteln-, Mykoplasmen-/Ureaplasmen- und GBS-Untersuchungen erhoben. Die statistische Analyse erfolgte mit Hilfe des Chi-Quadrat Tests nach Pearson sowie mit dem Exakt-Test nach Fisher, dem Likelihood Test, der Korrelation nach Spearman und der multivarianten Regressionsanalyse.
In SNiP lag die Teilnahme an den gesetzlichen Screenings für Syphilis bei 94,7 Prozent, für Chlamydien bei 91,3 Prozent, für Röteln bei 91,2 Prozent und für Hepatitis-B-Virus bei 96,1 Prozent. Im Gegensatz dazu erfolgte das fakultative Screening für GBS in 9,75 Prozent, für Mykoplasmen/Ureaplasmen in 9,64 Prozent und für Toxoplasmose in 74 Prozent der Fälle.
Im Untersuchungszeitraum gab es einen Fall einer Syphilis-Infektion während der Schwangerschaft. Es fanden sich bei n = 229 / 5269 (4,3 %) Schwangeren ein positiver Chlamydiennachweis, bei n = 4360 / 5269 (82,8 %) lag eine Röteln-Immunität vor und n = 28 / 5269 (0,53 %) waren HBsAg positiv. Bei den fakultativ durchgeführten Screenings lag die Prävalenz des positiven GBS-Abstrichs bei n = 105 / 513 (20,47 %) und des positiven Mykoplasmen-/Ureaplasmen-Abstrichs bei n = 111 / 508 (21,85 %). Bei einer Frühgeborenenrate (Gestationsalter < 37 Wochen) von n = 653 / 5268 (12,4 %) zeigte sich ein positiver maternaler Nachweis von Chlamydien bei n = 40 / 593 (6,75 %) FG vs. n = 189 / 4215 (4,48 %) TG (p < 0,05), von GBS bei n = 25 / 108 (23,15 %) FG vs. n = 80 / 405 (19,75 %) TG (p < 0.01) und von Mykoplasmen/Ureaplasmen bei n = 36 / 108 (33,33 %) FG vs. n = 75 / 400 (18,75 %) TG (p < 0.01). Die Regressionsanalyse ergab einen signifikanten Einfluss der Chlamydien- [OR 1,576919; 95 Prozent KI 1,06835; 2,327584] und der Mykoplasmen-/Ureaplasmen- Besiedlung [OR 2,621366; 95 Prozent KI 1,566796; 4,38574], aber nicht der maternalen GBS-Besiedlung auf die Frühgeburt.
Bei den Neugeborenen wurden n = 2 Chlamydienkonjunktividen (ICD A74.0) und n = 1 Chlamydieninfektion (ICD A74.9) trotz negativem pränatalem maternalen Chlamydienabstrichs sowie n = 92 Konjunktividen ohne Erregernachweis (ICD H10, H13.1, P39.1) dokumentiert. Für GBS-assoziierte neonatale Krankheiten wurden n = 4 GBS-Sepsen (ICD P36.0) und n = 1 GBS-Pneumonie (ICD P23.3) dokumentiert. In nur jeweils einem Fall gab es einen pränatal durchgeführten positiven maternalen GBS-Abstrich. Es gab n = 1 Mykoplasmen-Pneumonie (ICD J15.7), hier war pränatal kein maternaler Abstrich erfolgt. Des Weiteren wurden n = 215 Perinatalperioden-spezifische Infektionen ohne Erregernachweis (ICD P35-P39) belegt.
In dieser populationsbasierten Untersuchung wurde ein fakultatives Infektionsscreening auf Gruppe B-Streptokokken und Mycoplasmen/Ureaplasmen nur bei jeder zehnten Frau durchgeführt, während die Screening-Inzidenz der gesetzlich vorgeschrieben Infektionsuntersuchungen bei über 90 Prozent lag.
Es zeigte sich eine signifikante Häufung von Frühgeburten bei sowohl positivem Chlamydiennachweis als auch bei positivem Mykoplasmen-/Ureaplasmen- und GBS-Nachweis. Die Regressionsanalyse bestätigte einen signifikanten Einfluss der Chlamydien- und Mykoplasmen-/Ureaplasmen-Infektion auf die Frühgeburt. Auch wenn die fakultativen Untersuchungen häufiger bei Schwangeren mit Frühgeburts-bestreben durchgeführt wurden, sind über 80 Prozent der Schwangeren mit Frühgeborenen nicht getestet worden. Weitere Untersuchungen müssen klären, ob durch ein generelles Screening auf Mykoplasmen/Ureaplasmen und GBS die Frühgeborenenrate und die damit verbundenen Komplikationen zu senken sind. Jedoch hätten durch ein konsequentes, nach Mutterschafts-Richtlinien geregeltes GBS-Screening zwischen der 35. und 37. SSW drei Fälle einer GBS-Sepsis und ein Fall einer GBS-Pneumonie mit hoher Wahrscheinlichkeit erkannt und abgewendet werden können.
Thematik:
Die vorliegende Single-Center-Studie ist auf die Prävention der schwer behandelbaren NEC beim VLBW-Frühgeborenen ausgerichtet. Um die vulnerable frühkindliche Mucosa vor versorgungs- sowie überlastungsbedingter Ischämie zu schützen, gilt es eine effektive Behandlung der Frühgeborenenanämie und zugleich den potentiell schädigenden Einfluss der Transfusionstherapie, von der diese Patienten häufig betroffen sind, zu identifizieren. Es wird die Hypothese formuliert, dass eine Volumenüberlastung durch Transfusion ein „capillary clotting“ und in der Folge die NEC auslösen oder negativ beeinflussen kann oder aber im Gegenteil ein primär ischämischer Schaden bei einer eher restriktiven Transfusionsstrategie als aggravierender Faktor der NEC möglich scheint. Die Fragestellung konzentriert sich auf die „Transfusionsdynamik“ (Volumen/Zeit) während der akuten klinischen Phase der Erkrankung bei enteral ernährten VLBW-Frühgeborenen. Wirken sich Schwere der Anämie und restriktives Transfundieren negativ auf die NEC-Rate aus? Oder ist im Gegenteil eine schnelle, volumenreiche EK-Bluttransfusion assoziiert mit der Entstehung der NEC und einem schlechterem Outcome? Welches ist die ideale Ernährungsstrategie während einer transfusionsbedürftigen Anämie, um das unreife Darmepithel zu unterstützen ohne es zu überfordern und lässt sich ein NEC erschwerendes Zusammenspiel beobachten?
Studiendesign:
Es werden 3 Patientenkollektive (NEC, Kontrollen, laparotomierte Patienten ohne NEC) der Geburtsjahrgänge 2002-2009 analysiert. Umfassende klinische Daten werden deskriptiv dargestellt. Der Kostaufbau wird im Rahmen einer Fall-Kontroll-Analyse ausgewertet. Die transfusionsbegleitende Ernährung wird für das NEC-Kollektiv bezogen auf die Mortalität in der Gruppe miteinbezogen. Die Auswertung der Transfusionsdynamik erfolgt mittels individuellem „Dynamikquotienten“ pro Patient (kumulierte Volumina auf kumulierte Zeit) und auf Basis der individuellen Mittelwerte mittels Rangsummentestung nach Kruskal-Wallis und Man-Whitney-U bezogen auf Morbidität (NEC/Nicht-NEC) und Mortalität im Gruppen-vergleich. Hämatokrit vor Transfusion und Hämoglobin zum Erkrankungszeitpunkt werden ergänzend in die Betrachtungen miteinbezogen.
Ergebnisse:
Die Analyse der Transfusionsdaten zeigt eine große Bandbreite der verabreichten Volumina pro Stunde und Kilogramm Körpergewicht in allen 3 Kollektiven. Die NEC-Patienten zeigten eine signifikanten Mehrbelastung an Transfusion bezogen auf die mittlere kumulierte Transfusionsdauer (p=0,0130, 95%KI) und den „Dynamikquotienten“ (p=0,0376, 95% KI) für das mittlere kumulierte Volumen auf Zeit in Stunden. Auf die Mortalität hatte dies im Gruppenvergleich keine statistisch signifikante Auswirkung. Ein signifikanter Einfluss der Ernährung bis Erkrankung und während Transfusionstherapie auf die Mortalität innerhalb der NEC-Gruppe konnte nicht gefunden werden. Als Zufallsbeobachtungen zeigte das NEC-Kollektiv der Studie eine interessante infektiologische Komponente in Form einer gehäuften Belastung mit pathogenen Keimen in Stuhl- (82%)- und Blutproben (47%).
Schlussfolgerung:
In der Studie zeigte sich ein typisches VLBW- und NEC-Kollektiv bezogen auf Inzidenz und Mortalität sowie Assoziation mit geringem Geburtsgewicht und Gestationsalter. Die vorliegenden Studienergebnisse lassen eine infektionsgetriggerte NEC im Kollektiv möglich erscheinen. Die modellhafte Größe des „Dynamikquotienten“ zeigte zudem eine signifikante Transfusionsbelastung in der NEC-Gruppe auf, welche in größeren Studien mit mehr konfirmativer Aussagekraft weiter untersucht werden sollte.
In dieser Studie haben wir die Volumina definierter Hirnkompartimente und -Gewebeklassen frühgeborener Kinder am Geburtsterminäquivalent basierend auf MRT-Aufnahmen des Gehirns bestimmt und deren Korrelationen zu klinischen Parametern und therapeutischen Interventionen im Rahmen des Verlaufs auf der neonatologischen Intensiv- und Nachsorgestation untersucht. Anschließend erfolgte eine Fragebogenstudie im Sinne einer entwicklungsneurologischen Follow-up-Untersuchung.
Entsprechend unserer Fragestellungen konnten wir in unserer Studie Korrelationen zwischen dem Gestationsalter und den Volumina verschiedener Hirnkompartimente nachweisen. Insbesondere konnte eine Zunahme der Volumina von kortikaler grauer und myelinisierter weiĂźer Substanz mit zunehmendem Gestationsalter aber auch mit zunehmendem Alter am Untersuchungszeitpunkt gezeigt werden. Letzteres ist hinweisgebend darauf, dass bei FrĂĽhgeborenen ex utero das zerebrale Wachstum im Sinne einer Volumenzunahme voranschreitet. Bei den Kindern mit geringerem Gestationsalter (23-27 SSW) ist das Wachstum der kortikalen grauen Substanz bezogen auf das Gesamtparenchym der dominierende Wachstumsprozess bis zum errechneten Termin.
Wir konnten zeigen, dass nicht nur das Gestationsalter allein, sondern insbesondere das Eintreten pathologischer Prozesse die Hirnentwicklung beeinflusst. Auffällig ist ein geringeres Kortexvolumen bei Kindern mit intrauteriner Wachstumsretardierung mit einem GA von 31-36 SSW. In dieser Gruppe ist – invers zu den Frühgeborenen geringerer Schwangerschaftswochen – die Zunahme der nicht-myelinisierten weißen Substanz dominierend.
Das Volumen der subkortikalen grauen Substanz ist negativ mit der Beatmungsdauer und Dauer der Sauerstofftherapie korreliert. Das Auftreten intraventrikulärer Blutungen war entsprechend der Pathophysiologie (Hydrocephalus internus/malresorptivus) mit einer Erweiterung des Ventrikelsystems, nicht jedoch aber der äußeren Liquorräume, assoziiert. Bei diesen Kindern zeigt sich außerdem eine beeinträchtigte quantitative Entwicklung der myelinisierten weißen Substanz.
Unter BerĂĽcksichtigung unserer Studiendaten liegt die Schlussfolgerung nahe, dass es im Rahmen der Hirnentwicklung vulnerable Perioden hinsichtlich der Reifung und des Wachstums spezifischer Hirnregionen gibt.
Außerdem haben wir gezeigt, dass unser gewähltes manuelles Segmentierungs-/Volumetrieverfahren – die „Point-Counting-Methode“ in Verbindung mit dem „Cavalieri-Prinzip“ – ein valides Verfahren ist. Dies zeigte sich bei der Anwendung auf unser Kalibrations-Phantom sowie auch in der direkten Anwendung auf die MRT-Datensätze. Die Ergebnisse dieser Methode sind vergleichbar mit denen (semi-) automatischer Verfahren.
