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Background: Stroke patients are at risk of acquiring secondary infections due to stroke-induced immune suppression (SIIS). Immunosuppressive cells comprise myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) and immunosuppressive interleukin 10 (IL-10)-producing monocytes. MDSCs represent a small but heterogeneous population of monocytic, polymorphonuclear (or granulocytic), and early progenitor cells (“early” MDSC), which can expand extensively in pathophysiological conditions. MDSCs have been shown to exert strong immune-suppressive effects. The role of IL-10-producing immunosuppressive monocytes after stroke has not been investigated, but monocytes are impaired in oxidative burst and downregulate human leukocyte antigen—DR isotype (HLA-DR) on the cell surface.
Objectives: The objective of this work was to investigate the regulation and function of MDSCs as well as the immunosuppressive IL-10-producing monocytes in experimental and human stroke.
Methods: This longitudinal, monocentric, non-interventional prospective explorative study used multicolor flow cytometry to identify MDSC subpopulations and IL-10 expression in monocytes in the peripheral blood of 19 healthy controls and 27 patients on days 1, 3, and 5 post-stroke. Quantification of intracellular STAT3p and Arginase-1 by geometric mean fluorescence intensity was used to assess the functionality of MDSCs. In experimental stroke induced by electrocoagulation in middle-aged mice, monocytic (CD11b+Ly6G−Ly6Chigh) and polymorphonuclear (CD11b+Ly6G+Ly6Clow) MDSCs in the spleen were analyzed by flow cytometry.
Results: Compared to the controls, stroke patients showed a relative increase in monocytic MDSCs (percentage of CD11b+ cells) in whole blood without evidence for an altered function. The other MDSC subgroups did not differ from the control. Also, in experimental stroke, monocytic, and in addition, polymorphonuclear MDSCs were increased. The numbers of IL-10-positive monocytes did not differ between the patients and controls. However, we provide a new insight into monocytic function post-stroke since we can report that a differential regulation of HLA-DR and PD-L1 was found depending on the IL-10 production of monocytes. IL-10-positive monocytes are more activated post-stroke, as indicated by their increased HLA-DR expression.
Conclusions: MDSC and IL-10+ monocytes can induce immunosuppression within days after stroke.
Der aktuelle demografische Wandel in Deutschland zeigt eine erhöhte Lebenserwartung und damit einen Anstieg an altersassoziierten Erkrankungen wie dem Schlaganfall. Eine mögliche Folge ist die Armparese, welche eine gravierende Behinderung bei der Ausführung alltäglicher Handlungen darstellt. Dadurch kommt der motorischen Rehabilitation mit dem Ziel der Wiederherstellung der Alltagstauglichkeit eine besonders wichtige Rolle zu.
Unter zahlreichen Therapiekonzepten ist für das Arm-Fähigkeits-Training (AFT), welches einzeln verschiedene sensomotorische Armfähigkeiten anspricht und das motorische Lernen induziert, eine gute Wirksamkeit belegt.
In Studien konnte gezeigt werden, dass eine nicht-invasive Hirnstimulation in Form einer repetitiven transkraniellen Magnetstimulation (rTMS), genauer der intermittierenden Theta-Burst-Stimulation (iTBS), vorübergehend die lokal kortikale Erregbarkeit des stimulierten Areals erhöhen (Huang et al., 2005) und dadurch gegebenenfalls auch das nachfolgende trainingsinduzierte Lernen beeinflussen kann. Das Wissen über mögliche „Priming“-Effekte von iTBS auf das motorische Lernen bei Gesunden kann helfen, zielgerichtete therapeutische Anwendungen für Patienten nach einem Schlaganfall zu entwickeln.
Ziel dieser Untersuchung war es festzustellen, ob das exzitatorische „Priming“ mit iTBS über dem primären motorischen Kortex (M1) oder dem primären somatosensorischen Kortex (S1) unmittelbar vor einer täglichen Trainingseinheit mit AFT (über vier Tage) für den linken Arm bei gesunden rechtshändigen Probanden die sensomotorische Lerndynamik verbessern kann.
Zu diesem Zweck wurde ein Training des linken, nicht-dominanten Arms von 18 jungen und gesunden Probanden mithilfe von acht unterschiedlichen motorischen Aufgaben (AFT) einmal pro Tag für insgesamt fünf Tage durchgeführt. Mit Ausnahme des ersten Tages (Baseline) erfolgte das Training nach der Applikation einer exzitatorischen Form der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation (iTBS). Die Stimulation wurde je nach randomisierter Gruppenzuordnung entweder über M1 oder S1 rechts oder als Sham-Stimulation, um einen möglichen Placebo-Effekt auszuschließen, über M1 rechts durchgeführt.
Die Hauptkomponentenanalyse der Daten zum motorischen Verhalten ergab acht
unabhängige motorische Komponenten, die den acht trainierten Aufgaben entsprachen. AFT induzierte motorisches Lernen über alle Fähigkeiten hinweg mit einem Generalisationseffekt auf eine nicht-trainierte Aufgabe der Fingergeschicklichkeitm(Nine-Hole-Peg-Test,ccNHPT).
Probanden, die iTBS (entweder über M1 oder S1) erhielten, zeigten im Vergleich zur Sham-Stimulation sowohl eine bessere Leistung bei den AFT-Aufgaben während der Trainingsdauer als auch eine größere Verbesserung der nicht-trainierten Fingergeschicklichkeitsaufgabe (NHPT) für den trainierten linken Arm nach Trainingsende.
Daraus resultiert, dass die exzitatorische repetitive transkranielle Magnetstimulation in Form von iTBS über M1 oder S1 das motorische Lernen über verschiedene sensomotorische Fähigkeiten hinweg verbessern kann.
Auch wenn die verstärkenden Effekte eines exzitatorischen „Priming“ absolut gesehen klein waren, so geben sie dennoch Grund zur Annahme, dass darin auch ein therapeutisches Potenzial für die Armrehabilitation nach Schlaganfall liegt. Ob das so ist, wäre jedoch mit geeigneten klinischen Studien zu untersuchen.
Die Ergebnisse des Promotionsvorhabens wurden in einer Peer-Review-Zeitschrift publiziert (Platz et al., 2018a).
In der akuten Schlaganfallbehandlung nehmen die endovaskulären Revaskularisationsverfahren, insbesondere die intraarterielle Thrombolyse, einen wachsenden Stellenwert ein. Grundlage dafür ist die zentrumsspezifische Sicherheit und Durchführbarkeit, wobei nach den Zertifizierungskriterien der Deutschen Schlaganfallgesellschaft die intraarterielle Thrombolyse nur in zertifizierten überregionalen Stroke Units erfolgen sollte. Weiterhin existieren nur wenige Selektionsparameter zur Abschätzung des Risikos der intrakraniellen Blutung als wichtigste Komplikation gegenüber dem potenziellen Benefit der Behandlung. Ziel dieser Arbeit war 1. die Etablierung eines klinisch praktikablen Protokolls zur Entscheidung für eine intravenöse oder intraarterielle Thrombolyse sowie die systematische Untersuchung der zentrumsspezifischen Sicherheit und Durchführkeit der intraarteriellen Thrombolyse; 2. die Untersuchung des Einflusses der bekannten klinischen und radiologischen Faktoren, wie Zeit bis zur Thrombolyse oder Rekanalisation im vorliegenden Patientenkollektiv auf das neurologische Outcome; und 3. die Untersuchung der Perfusions-CT und der CT-Angiographie als Grundlage für weitere mögliche Selektionsparameter zur intraarteriellen Thrombolyse. Zwischen 02/2006 und 12/2008 konnten 26 Patienten eingeschlossen werden. Ein Patient verstarb innerhalb von 90 Tagen nach Schlaganfall aufgrund eines erneuten cerebrovaskulären Ereignisses. Die Rate der symptomatischen und asymptomatischen intrakraniellen Blutungen (8% bzw 8%) sowie die Rate der periprozeduralen Komplikationen sind trotz der eingeschränkten Vergleichbarkeit mit der Literatur als gleichwertig zu bewerten. Die Effektivitätsparameter Zeit bis Thombolyse (Durchschnitt +/- Standardabweichung: 4,03 ± 1,2), Rekanalisationsrate (73%) sowie das Ausmaß des guten funktionellen Outcome 90 Tage nach Schlaganfall (mRS <=2; 58%) sind ähnlich oder teilweise sogar besser als die in der Literatur veröffentlichen Ergebnisse für die intraarterielle und intravenöse Thrombolyse. Somit ist die intraarterielle Thrombolyse in dieser Studie als sicher und effektiv zu bewerten. Die Zeit bis zur Thrombolyse zeigte sich nicht signifikant mit dem neurologischen Outcome assoziiert, jedoch ergab sich ein Trend zu schlechterem Outcome mit größerer zeitlicher Latenz zwischen Symptom- und Therapiebeginn. Weiterhin konnte die Rekanalisaton als Prädiktor für das neurologische Outcome und die Infarktgröße bestätigt werden. Der prädiktive Wert des Ausmaßes der Kollateralen in der CT-Angiographie mittels eines von Tan et al. entwickelten Score für das finale Infarktvolumen konnte in diesem homogenen, hochselektionieren Patientengut bestätigt werden. Das Ausmaß der Kollateralen als ein neuer Selektionsparameter für die Thrombolyse sollte weiter detailiert untersucht werden. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass mittels Perfusions-CT auf das kurzfristige Outcome mittels NIHSS zwischen Aufnahme und Entlassung geschlossen werden kann. Hierbei zeigte sich, dass der im Rahmen dieser Studie entwickelte Auswertealgorithmus der relativen Perfusions-CT-Parameter und der schon verwendete Algorithmus der ASPECTS-Perfusion, bezüglich der Vorhersagekraft des cerebralen Blutvolumens (CBV) gleichwertig sind, jedoch die relativen Perfusions-Parameter eine wesentliche bessere Interrater-Reliabiltät aufweisen. Bezüglich des cerebralen Blutflusses (CBF) ergab sich nach dem ASPECTS-Perfusions-Algorithmus keine Assoziation mit dem neurologischen Outcome. Bei den relativen Perfusionsparametern erreichte jedoch das CBF eine dem CBV vergleichbare Vorhersagefähigkeit gepaart mit einer besseren Interrater-Reliabilität als das CBV. Das aktuell weit verbreitete visuelle Abschätzen der Größe des tissue at risk zeigte weder eine Assoziation zum neurologischen Outcome nach intraarterieller Thrombolyse noch eine gute Interratervariabilität.
Objective: The study aimed to test the reliability of a semi-structured telephone interview for the classification of headache disorders according to the ICHD-3.
Background: Questionnaire-based screening tools are often optimized for single primary headache diagnoses [e.g., migraine (MIG) and tension headache (TTH)] and therefore insufficiently represent the diagnostic precision of the ICHD-3, which limits epidemiological research of rare headache disorders. Brief semi-structured telephone interviews could be an effective alternative to improve classification.
Methods: A patient population representative of different primary and secondary headache disorders (n = 60) was recruited from the outpatient clinic (HSA) of a tertiary care headache center. These patients completed an established population-based questionnaire for the classification of MIG, TTH, or trigeminal autonomic cephalalgia (TAC). In addition, they received a semi-structured telephone interview call from three blinded headache specialists individually. The agreement of diagnoses made either using the questionnaires or interviews with the HSA diagnoses was evaluated.
Results: Of the 59 patients (n = 1 dropout), 24% had a second-order and 5% had a third-order headache disorder. The main diagnoses were as follows: frequent primary headaches with 61% MIG, 10% TAC, 9% TTH, and 5% rare primary and 16% secondary headaches. Second-order diagnosis was chronic migraine throughout, and third-order diagnoses were medication overuse headache and TTH. Agreement between main headaches from the HSA was significantly better for the telephone interview than for the questionnaire (questionnaire: κ = 0.330; interview: κ = 0.822; p < 0.001). Second-order diagnoses were not adequately captured by questionnaires, while there was a trend for good agreement with the telephone interview (κ = 0.433; p = 0.074). Headache frequency and psychiatric comorbidities were independent predictors of HSA and telephone interview agreement. Male sex, headache frequency, severity, and depressive disorders were independently predictive for agreement between the questionnaire and HSA. The telephone interview showed high sensitivity (≥71%) and specificity (≥92%) for all primary headache disorders, whereas the questionnaire was below 50% in either sensitivity or specificity.
Conclusion: The semi-structured telephone interview appears to be a more reliable tool for accurate diagnosis of headache disorders than self-report questionnaires. This offers the potential to improve epidemiological headache research and care even in underserved areas.
The combination of repeated behavioral training with transcranial direct current stimulation (tDCS) holds promise to exert beneficial effects on brain function beyond the trained task. However, little is known about the underlying mechanisms. We performed a monocenter, single-blind randomized, placebo-controlled trial comparing cognitive training to concurrent anodal tDCS (target intervention) with cognitive training to concurrent sham tDCS (control intervention), registered at ClinicalTrial.gov (Identifier NCT03838211). The primary outcome (performance in trained task) and secondary behavioral outcomes (performance on transfer tasks) were reported elsewhere. Here, underlying mechanisms were addressed by pre-specified analyses of multimodal magnetic resonance imaging before and after a three-week executive function training with prefrontal anodal tDCS in 48 older adults. Results demonstrate that training combined with active tDCS modulated prefrontal white matter microstructure which predicted individual transfer task performance gain. Training-plus-tDCS also resulted in microstructural grey matter alterations at the stimulation site, and increased prefrontal functional connectivity. We provide insight into the mechanisms underlying neuromodulatory interventions, suggesting tDCS-induced changes in fiber organization and myelin formation, glia-related and synaptic processes in the target region, and synchronization within targeted functional networks. These findings advance the mechanistic understanding of neural tDCS effects, thereby contributing to more targeted neural network modulation in future experimental and translation tDCS applications.
Introduction
Given rapid global population aging, developing interventions against age-associated cognitive decline is an important medical and societal goal. We evaluated a cognitive training protocol combined with transcranial direct current stimulation (tDCS) on trained and non-trained functions in non-demented older adults.
Methods
Fifty-six older adults (65–80 years) were randomly assigned to one of two interventional groups, using age and baseline performance as strata. Both groups performed a nine-session cognitive training over 3 weeks with either concurrent anodal tDCS (atDCS, 1 mA, 20 minutes) over the left dorsolateral prefrontal cortex (target intervention) or sham stimulation (control intervention). Primary outcome was performance on the trained letter updating task immediately after training. Secondary outcomes included performance on other executive and memory (near and far transfer) tasks. All tasks were administered at baseline, post-intervention, and at 1- and 7-month follow-up assessments. Prespecified analyses to investigate treatment effects were conducted using mixed-model analyses.
Results
No between-group differences emerged in the trained letter updating and Markov decision-making tasks at post-intervention and at follow-up timepoints. Secondary analyses revealed group differences in one near-transfer task: Superior n-back task performance was observed in the tDCS group at post-intervention and at follow-up. No such effects were observed for the other transfer tasks. Improvements in working memory were associated with individually induced electric field strengths.
Discussion
Cognitive training with atDCS did not lead to superior improvement in trained task performance compared to cognitive training with sham stimulation. Thus, our results do not support the immediate benefit of tDCS-assisted multi-session cognitive training on the trained function. As the intervention enhanced performance in a near-transfer working memory task, we provide exploratory evidence for effects on non-trained working memory functions in non-demented older adults that persist over a period of 1 month.
Most children use their fingers when learning to count and calculate. These sensorimotor experiences were argued to underlie reported behavioral associations of finger gnosis and counting with mathematical skills. On the neural level, associations were assumed to originate from overlapping neural representations of fingers and numbers. This study explored whether finger-based training in children would lead to specific neural activation in the sensorimotor cortex, associated with finger movements, as well as the parietal cortex, associated with number processing, during mental arithmetic. Following finger-based training during the first year of school, trained children showed finger-related arithmetic effects accompanied by activation in the sensorimotor cortex potentially associated with implicit finger movements. This indicates embodied finger-based numerical representations after training. Results for differences in neural activation between trained children and a control group in the IPS were less conclusive. This study provides the first evidence for training-induced sensorimotor plasticity in brain development potentially driven by the explicit use of fingers for initial arithmetic, supporting an embodied perspective on the representation of numbers.
202 Patienten (113 Frauen und 89 Männer im Alter von 25 bis 95 Jahren) mit einem ischämischen, supratentoriellem und territorialen Schlaganfall vorwiegend im Mediastromgebiet, wurden 9/2007 bis 6/2012 aus dem Patientengut der Stroke Unit der Neurologischen Klinik der Universitätsmedizin Greifswald für die monozentrische Studie zur Häufigkeit epileptischer Anfälle sowie ihrer Provokationsfaktoren rekrutiert.
Bei einem durchschnittlichen Beobachtungszeitraum von 36,5 Monaten erlitten 39 Patienten (19,3%) mindestens einen epileptischen Anfall. Davon hatten 12 Patienten einen akut symptomatischen Anfall und 27 einen unprovozierten Anfall. Bei 21 Patienten traten rezidivierende Anfälle auf. Wendet man die aktualisierte Definition der ILAE für Epilepsie an, so hatten 31 (15,3%) Patienten eine Epilepsie und 8 (4%) einen einzelnen akutsymptomatischen Anfall. Damit hatte unsere Studie die bisher höchste dokumentierte Rate an Epilepsie nach einer Ischämie. Der erste epileptische Anfall trat dabei überwiegend im 1. Jahr nach erlittenem Schlaganfall auf. Es zeigte sich, dass Patienten mit einer geringeren Schwere des Schlagfalls (erfasst mittels NIHSSS und mRS) ein geringeres Risiko für die Entwicklung eines epileptischen Anfalls hatten. Alter und Geschlecht zeigten keine Korrelation zum Auftreten eines epileptischen Anfalls.
96 Patienten (53 Frauen und 43 Männer) erhielten innerhalb der ersten 6 h nach dem Schlaganfall eine auswertbare PCT, davon hatten 17 (17,7%) mindestens einen epileptischen Anfall. Mit Hilfe der PCT wurden für die einzelnen Perfusionsparameter CBF, CBF und TTP der ASPECTS, das Perfusionsdefizit und die relativen Perfusionsparameter bestimmt. Bei dem ASPECTS CBF und ASPECTS CBV zeigte sich, dass die vorderen Mantelregionen M1 und M4 bzw. nur M1 bei den Patienten mit einem epileptischen Anfall signifikant häufiger einen geringeren CBF oder ein geringeres CBV hatten. Ein signifikanter Unterschied ergab sich auch beim Betrachtung der Perfusionsdefizite in Bezug auf den CBF und das CBV: Patienten mit einem epileptischer Anfall zeigten ein größeres Perfusionsdefizit als die Patienten ohne epileptischen Anfall. In die relativen Perfusionsparameter fließt neben dem Perfusionsdefizit noch die Infarktgröße ein. Zwar ergab sich kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Gruppen in Bezug auf die Infarktgröße, trotzdem konnte eine Korrelation zwischen einem erniedrigten R[CBF] bzw. einem erniedrigten R[CBV] und dem Auftreten von epileptischen Anfällen nach einem ischämischen Schlaganfall feststellt werden.
Studies of stroke in experimental animals have demonstrated the neuroprotective efficacy of a variety of interventions; however, most such strategies have failed to show clinical benefits in aged humans. One possible explanation for this discrepancy between animal and clinical studies may be the role that age plays in the recovery of the brain following insult. For example, the poor functional recovery of aged rats after stroke may be caused by a decline in brain plasticity. Although the incidence of ischemic stroke increases dramatically with advancing age, relatively few studies have been conducted on aged animals, which would mimic most closely the context in which stroke occurs in humans. We have shown that, at one week following stroke, there was vigorous expression of MAP1B and its mRNA, as well as MAP2 protein, in the border zone adjacent to the infarct of 3 month- and 20 month-old male Sprague Dawley rats. Hypothesis: The decline in brain plasticity is caused by an age-related decline in the upregulation of factors promoting brain plasticity (MAP1B, ßAPP) and an age-related increase in astroglial scaring and in the expression of neurotoxins such as beta amyloid. Methods: Focal cerebral ischemia was produced by reversible occlusion of the right middle cerebral artery in 3- and 20-month-old male Sprague Dawley rats. The functional outcome was assessed in neurobehavioral tests at 3, 7, 14, and 28 days post-stroke. At these time points, brains were removed and analyzed for markers of (i) brain plasticity (microtubule-associated protein 1B, MAP1B, secreted forms of fi-amyloid precursor protein); (ii) neurogenesis (BrdU-positive cells, doublecortin, nestin); (iii) neurotoxicity (B-amyloid aggregates); (iv) inflammation (microglia, astrocytes, oligodendrocytes, endothelial cells). Results: (1) There was a non-significant tendency for blood pressure to be higher in old than in young rats. By post-stroke day 3 the infarct volume covered about 15% of the cortical neurons in young and 28% in aged rats. By day 7, infarct volumes were roughly equal in the two age groups. (2) Cell counting showed increases in the number of BrdU-positive cells in the infarcted area of old rats at day 3 post-stroke. This increase became even more dramatic at day 7 post-stroke in aged rats. There was no significant contribution of apoptosis to cell death. (3) Behaviorally, young rats recovered gradually and reached a maximum of 90% of baseline performance at day 14, post-stroke while the aged rats recovered only to a maximum of 70% of pre-surgery performance by week 2 post-stroke, and remained at that level. (4) The temporal pattern of recovery correlated well with the expression of growth-associated phenotype of ßAPP as well as with MAP1B accumulation in varicosities along axons (an indicator of growth) in cortical areas affected by stroke and was at maximum between days 14 to 28 in young rats. In contrast, aged rats showed delayed (day 28) and reduced axonal remodelling as well as a delayed (day 28) expression of growth-associated ßAPP. Instead, the neurotoxic carboxy-terminal form of ßAPP steadily accumulated over time and reached a maximum at day 14 in aged rats as compared to 28d for the young rats. Nestin, a marker for immature neurons, overlapped with BrdU-labelled cells at day 7 post-stroke in corpus callosum and at the infarct border in both young and aged rats, suggesting increased stroke-induced neurogenesis. (5) In young rats there was a gradual activation of both microglia and astrocytes that peaked by days 14 to 28 with the formation of a glial scar. In contrast, aged rats showed an accelerated astrocytic and microglial reaction that peaked in week 1 post-stroke. We also noted a strong activation of oligodendrocytes at early stages of infarct development in all rats that persisted in aged rats. Evolution of astrocytic and microglial reactivity closely paralled the time course of scar formation in both young and aged rats and coincided with the stagnation in the recovery rate of aged rats. Conclusions: The time course of functional recovery in young rats correlated well with the expression of plasticity proteins such as MAP1B and ßAPP while an early and persistent expression of the neuro toxic fragment AB in conjunction with a delayed expression of MAP1B and ßAPP may impede functional recovery in aged rats. The results also suggest that a temporally anomalous glial reaction to cerebral ischemia in aged rats leads to the premature formation of scar tissue that impedes functional recovery to stroke.