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In summer 2017, the World Health Organization published 10 facts on asthma, which is known as a major non-communicable disease of high clinical and scientific importance with currently several hundred million people—with many children among them—suffering from air passages inflammation and narrowing. Importantly, the World Health Organization sees asthma as being underdiagnosed and undertreated. Consequently, much more efforts in clinical disease management and research need to be spent on reducing the asthma-related health burden. Particularly, for young approximately 6 months aged patients presenting recurrent bronchitic respiratory symptoms, many parents anxiously ask the doctors for risk prognosis for their children's future life. Therefore, we urgently need to reevaluate if the current diagnostic and treatment measures are in concordance with our yet incomplete knowledge of pathomechanisms on exacerbation. To contribute to this increasing concern worldwide, we established a multicentric pediatric exacerbation study network, still recruiting acute exacerbated asthmatics (children >6 years) and preschool asthmatics/wheezers (children <6 years) since winter 2018 in Germany. The current study that has a currently population comprising 176 study participants aims to discover novel holistic entry points for achieving a better understanding of the poorly understood plasticity of involved molecular pathways and to define biomarkers enabling improved diagnostics and therapeutics. With this study description, we want to present the study design, population, and few ongoing experiments for novel biomarker research.
Clinical Trial Registration: German Clinical Trials Register (Deutsches Register für Klinische Studien, DRKS): DRKS00015738.
Muttermilch ist die optimale Nahrung für Neu- und Frühgeborene. Unter bestimmten Voraussetzungen ist es nötig, für Säuglinge abgepumpte Muttermilch zu pasteurisieren. In der vorliegenden Arbeit werden in Form einer Literaturauswertung verschiedene Verfahren der Pasteurisierung von Muttermilch auf ihre Eignung verglichen. Die eigenen Untersuchungen umfassen die Ermittlung eines Erregerspektrums, wie es in Muttermilchproben in der Universitätsmedizin Greifswald nachgewiesen wurde, und die Auswertung der Routine-Kontrollen des hauseigenen Pasteurisators. Mit dieser Zielsetzung sollte die Eignung eines speziellen Mikrowellengerätes zur Pasteurisierung untersucht werden. Im Unterschied zu im Haushalt benutzten Mikrowellengeräten erzeugt es ein homogenes Mikrowellenfeld, ermöglicht eine Durchmischung der Milchprobe während des Erhitzungsvorgangs mittels Magnetrührstab und genaue Einstellmöglichkeiten der gewählten Parameter sowie die Kühlung per Druckluft und die Temperaturmessung während der Behandlung mittels eingebautem Infrarotsensor. Mit diesem Gerät wurde artifiziell kontaminierte Kuhmilch behandelt und untersucht, ob eine Erregerinaktivierung um mindestens 5 log-Stufen erreicht werden kann. Als Testorganismen wurden S. aureus, E. coli, E. faecium und E. cloacae eingesetzt. Es konnte mit dem Mikrowellengerät und den gewählten Parametern eine bessere Erregerinaktivierung in kürzerer Behandlungsdauer erreicht werden als bei der zum Vergleich herangezogenen Holder- Pasteurisierung. Vor einem routinemäßigen Einsatz müssen allerdings noch verschiedene Probleme gelöst werden. Es bleibt zu klären, inwieweit die sensiblen Inhaltsstoffe der Muttermilch durch Mikrowelleneinwirkung beeinträchtigt oder geschädigt werden. Dabei ist das besondere Augenmerk auf die nicht-thermischen Effekte der Strahlung zu legen. Sollten nach derartigen Untersuchungen keine Bedenken gegen dieses Verfahren bestehen, könnte von der Industrie ein Gerät entwickelt werden, mit dem mehrere Milchflaschen gleichzeitig behandelt werden können. Sollte das gelingen, stände ein neues Pasteurisierungsverfahren für Muttermilch und weitere Anwendungsgebiete zur Verfügung.
Aktive Immunisierung mit GD2-Peptidmimotopen und anti-Idiotypen zur Immuntherapie beim Neuroblastom
(2013)
Das Neuroblastom ist der häufigste solide, extrakranielle Tumor des Kindesalters. Die schlechte Prognose von Patienten mit fortgeschrittener Erkrankung macht die Entwicklung neuer Therapiemodalitäten zu einem der wichtigsten Forschungsziele auf dem Gebiet der pädiatrischen Onkologie. Durch die passive Immuntherapie mit Antikörpern gegen das Glykolipidantigen Disialogangliosid GD2, welches von Neuroblastomen hoch exprimiert wird, konnte die Überlebensrate von Hochrisiko-Neuroblastompatienten zuletzt deutlich verbessert werden. Dennoch ist die passive Immuntherapie mit Nachteilen verbunden: Das Ausbleiben einer langfristigen Immunität erfordert repetitive Antikörpergaben mit akuten antikörperbezogenen Nebenwirkungen und dem Risiko, eine humorale Immunreaktion gegen den applizierten Antikörper zu entwickeln. Eine aktive GD2-gerichtete Immunisierung erscheint daher vorteilhaft. Die schwache Immunogenität des Glykolipids ist hierbei ein wesentliches Hindernis bei der Induktion einer effektiven GD2-gerichteten Immunität. Dieses Problem kann durch die Verwendung von Proteinantigenen wie GD2-Peptidmimotopen oder anti-Idiotyp-Antikörpern umgangen werden. Zunächst beschreibt diese Arbeit die Charakterisierung von zwei GD2-Peptidmimotopen („MA“ und „MD“), welche durch Screening von Phagenbibliotheken identifiziert wurden, sowie den Nachweis der erfolgreichen Induktion einer neuroblastomspezifischen Immunität im syngenen Mausmodell. In einem zweiten Schritt wurden die Peptidmimotope durch Austausch einzelner Aminosäuren in ihrer Affinität zu GD2-Antikörpern optimiert und das so geschaffene neue Peptidmimotop („C3“) im Hinblick auf die Induktion einer humoralen GD2-spezifischen Immunität erfolgreich im Mausmodell getestet. Zudem gelang es, einen neuen monoklonalen GD2-anti-Idiotyp-Antikörper („Ganglidiomab“) zu erzeugen. Ganglidiomab weist typische Eigenschaften eines anti-Idiotypen wie die kompetitive Inhibition der Bindung von GD2 an GD2-Antikörper auf und erwies sich im Mausmodell als wirksam bei der Induktion einer GD2-spezifischen humoralen Immunantwort. Das optimierte GD2-Peptidmimotop C3 und der neue monoklonale GD2-Anti-Idiotyp Ganglidiomab bilden somit eine Basis zur weiteren Entwicklung einer wirksamen und sicheren Vakzine zur Behandlung von Hochrisiko-Neuroblastompatienten.
Die weltweit steigenden Zahlen von Übergewicht und Adipositas insbesondere bei Kindern und Jugendlichen sind alarmierend. Auf Grund der multifaktoriellen Genese der Fettleibigkeit und den damit verbundenen Komorbiditäten bedarf die Behandlung von Übergewicht und Adipositas eines komplexen Therapieprogrammes. Wir führten eine 52-wöchige ambulante, multimodale Adipositasintervention in den Jahren 2005 und 2006 durch. Diese beruhte auf dem evidenzbasierten Schulungskonzept für ambulante Adipositastherapien von KgAS (2004) und beinhaltet die Kombination aus Bewegungs-, Ernährungs-,Verhaltens- und Psychothera- pie. Es wurden insgesamt 31 Mädchen und 15 Jungen im Alter von 7,2 bis 17,5 (12,7 ± 2,46) Jahren untersucht. Als Vergleichsgruppen dienten eine adipöse Kontrollgruppe (n = 14, 13,06 (± 2,35) Jahre) sowie ein normalgewichtiges Kollektiv (n = 34, 13,32 (± 3,19) Jahre). Die Zuteilung erfolgte nicht-randomisiert. Nach der Intervention sank der BMI-SDS Mittelwert der Gesamtgruppe (- 0,15 BMI-SDS, p < 0,01) und der Jungen (- 0,23 BMI-SDS, p < 0,05). 44,7% (38,5% w, 58,3% m) erreichten eine BMI-SDS Reduktion (> 0,2 SDS), drei Kinder waren am Ende der Therapie normalgewichtig (BMI-SDS < 1,28). Alter, Ausgangs BMI-SDS oder Geschlecht zeigten keinen Einfluss auf den Therapieerfolg. Der BMI-SDS der adipösen Kontrollgruppe stieg an (BMI-SDS + 0,06, p < 0,1 gegenüber Interventionsgruppe). Eine BMI-SDS Verringerung führte zur Verbesserung des Serumlipidprofils (HDL-C Anstieg, LDL-C-und Triglyceridreduktion je p < 0,05, Verbesserung LDL/HDL-Cholesterinquotient p < 0,01). Die fehlende Anpassung der kardiovaskulären Leistungsfähigkeit an das Übergewicht zeigt sich insbesondere bei Aufgaben mit zunehmender Bewegungsdynamik (negative Korrelation zwischen BMI-SDS und relative Belastung Fahrradergometrie sowie relative PWC 170 je p < 0,001, Gesamtfitness p < 0,05, Standhochsprung p < 0,05, 6-Minuten-Gehtest p < 0,01). Weibliche Teilnehmer waren den Jungen in der Fahrradergometrie und im modifizier- ten Münchner Fitnesstest (p < 0,05) überlegen. Koordinative Leistungen waren im Mittel befriedigend und verbesserten sich innerhalb des Jahres signifikant. Das Bewegungsverhalten der normalgewichtigen Kontrollgruppe differenziert sich von der Interventionsgruppe im Bereich Sportpensum (p < 0,05), Medienkonsum (p < 0,05), das der Jungen zusätzlich in Sportvereinsmitgliedschaft (77,8% vs. 41,7%, p < 0,05) und alltäglicher Inaktivität (p < 0,05). Positiv wurden das Sportverhalten und der Medienkonsum beeinflusst. Diese ambulante, 12- monatige Adipositasintervention stellt eine Form der erfolgreichen Behandlung von Übergewicht und Adipositas bei 47% der Probanden dar. Therapie und Präventionsmaßnahmen sollten sich vor allem auf die Förderung eines körperlich aktiveren Lebens beziehen.
Das Disialogangliosid GD2 stellt ein attraktives Zielantigen für die Immuntherapie des Neuroblastoms dar, da es ubiquitär und in hoher Dichte auf den Neuroblastomzellen exprimiert wird. Vor kurzem gelang die Entwicklung einer effektiven passiven Immuntherapie für Hochrisiko-Patienten, basierend auf dem anti-GD2-Antikörper ch14.18. Da es mittels der passiven Immuntherapie nicht gelingt, ein Immungedächtnis zu induzieren, bestand das Ziel der vorliegenden Arbeit darin, eine Strategie für eine aktive Immuntherapie zu entwickeln. Diese Strategie basierte auf dem Konzept des anti-Idiotyp-Antikörpers, welcher das ursprüngliche Antigen imitiert und als das interne Abbild dieses Antigens gilt. Eine aktive Immuntherapie mit einem solchen anti-Idiotyp-Antikörper kann damit eine antigen-spezifische humorale Immunantwort generieren. Ein entsprechender anti-Idiotyp-Antikörper namens Ganglidiomab, welcher das Tumorantigen GD2 imitiert, wurde bereits mittels klassischer Hybridomtechnik in unserer Arbeitsgruppe generiert und in vitro charakterisiert. Die vorliegende Arbeit konnte nun zeigen, dass eine aktive Immunisierung mit Ganglidiomab im syngenen Neuroblastom-Mausmodell eine humorale GD2-spezifische Immunantwort induziert und die Aktivierung der GD2-spezifischen Antikörper-abhängigen zellvermittelten Zytotoxizität und Komplement-abhängigen Zytotoxizität bewirkt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden für eine alternative DNA-Vakzinierung zwei Expressionsplasmide generiert, die für die single-chain variable fragments (scFv, Einzelkettenfragmente) des anti-Idiotyp-Antikörpers Ganglidiomab kodierten. Beide scFv-Expressionsplasmide zeigten in vitro ein GD2-spezifisches Mimikry und führten in vitro zu einer intrazellulären scFv-Proteinexpression und Proteinsekretion. Es konnte damit geschlussfolgert werden, dass sich beide Expressionsplasmide gut für eine zukünftige DNA-Vakzinierung eignen. Zusammenfassend demonstrierten die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit, dass sowohl eine Proteinvakzinierung mit einem das GD2 strukturell imitierenden anti-Idiotyp-Antikörper als auch eine DNA-Vakzinierung mit den darauf basierenden scFv erfolgsversprechende Ansätze im Hinblick auf eine aktive Immunisierung beim Hochrisiko-Neuroblastom darstellen.
In einer Untersuchung von 1530 DNA-Proben Neugeborener aus Ostvorpommern wurden mittels PCR 32 Heterozygote der F508del-Mutation gefunden. Unter Berücksichtigung der CF-Allelverteilung der Region wurde eine Inzidenz der Mukoviszidose von 1:4216 errechnet. Es wurde die Notwendigkeit und die Möglichkeiten eines Neugeborenenscreenings auf Mukoviszidose diskutiert.
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 weißer Substanz mit zunehmendem Gestationsalter aber auch mit zunehmendem Alter am Untersuchungszeitpunkt gezeigt werden. Letzteres ist hinweisgebend darauf, dass bei Frühgeborenen 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 Berücksichtigung 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.
In dieser Studie wurden die Daten von 56 pädiatrischen Patienten mit schwerem Asthma bronchiale retrospektiv untersucht. In der Studiengruppe (n=27) waren zehn im Asthmaanfall verstorbene Kinder (F= fatal) und 17 im Anfall künstlich beatmete und überlebende Kinder (NF= near fatal) im Alter von 1 bis 17 Jahren. Diese beiden Untergruppen wurden miteinander und mit einer Kontrollgruppe (n=29) von schwer asthmakranken Kindern mit längerfristiger systemischer Steroidtherapie, die jedoch niemals im Asthmaanfall beatmet bzw. verstorben sind, verglichen. Es stellte sich die Frage, ob sich die Patienten durch genetisch bedingte und kaum veränderliche Merkmale unterscheiden, die bereits früh den Verlauf der Erkrankung vorhersagen lassen würden. Oder ob es beeinflussbare Faktoren sind, die zu den entscheidenden Unterschieden im Krankheitsverlauf der Patienten führen. Nach unseren Erkenntnissen gibt es keine genetisch festgelegten Phänotypen der asthmatischen Erkrankung. Wir fanden dagegen einige die Gruppen unterscheidende Faktoren, die beeinflussbar sind und zukünftig bei allen Patienten beachtet werden müssen. Glucocorticoidpflichtige Patienten ohne Beatmung unterschieden sich von verstorbenen und überlebenden beatmeten Patienten durch das häufigere Vorkommen von Asthma bronchiale in der Familie, geringeres Alter bei Krankheitsverschlechterung (Krise), früheren Therapiebeginn nach der Diagnostik, vermehrten Einsatz von inhalativen und systemischen Glucocorticosteroiden, Sensibilisierung gegen eine größere Zahl von Allergenen, bessere Compliance und häufigere Behandlung durch Spezialisten. Near-fatal Patienten sind Überlebende eines potentiell tödlichen Asthmaanfalls, die sich von den verstorbenen Kindern durch jüngeres Alter bei Diagnosestellung, einen langsameren Verlauf des akuten Asthmaanfalls und vermehrten Einsatz inhalativer Steroide unterscheiden. Auch die Suche nach Infektionen bei Verschlechterung der Symptome muss in vielen Fällen intensiviert werden.
Bisphosphonate sind Medikamente, die zur Behandlung von Knochenmetastasen eingesetzt werden. Sie hemmen die Osteoklasten-vermittelte Knochenresorption und können überdies eine direkte zytotoxische Wirkung auf Krebszellen haben. In dieser Arbeit untersuchte ich, ob die antineoplastische Wirkung eines Bisphposphonats der dritten Generation, nämlich Zoledronsäure (ZOL), durch die Kombination mit dem Histondeacetylase-Inhibitor Suberoylanilidhydroxamsäure (SAHA) verstärkt werden könnte. Es zeigte sich, dass SAHA und ZOL bei der Auslösung des Zelltodes in den daraufhin untersuchten Prostatakarzinomzelllinien LNCaP und PC3 kooperierten. Dieser Effekt war synergistisch, was mit der CI-Isobologramm-Methode nachgewiesen werden konnte. ZOL und SAHA wirkten zusammen bei der Auslösung des Verlustes des mitochondrialen Membranpotentials, bei der Aktivierung der Caspase 3 und bei der Induzierung der DNA-Fragmentierung. Diese Befunde belegen, dass die Kombination von ZOL und SAHA zur Auslösung der Apoptose führte. Da ZOL durch die Hemmung des Mevalonatstoffwechselswegs wirkt und dadurch die Proteinprenylierung hemmt, untersuchte ich im Weiteren, ob der Mevalonatstoffwechselsweg auch der Angriffspunkt der kooperativen Wirkung von SAHA und ZOL sein könnte. Ich beobachtete, dass Geranylgeraniol, aber nicht Farnesol, den ZOL/SAHA-induzierten Zelltod signifikant reduzierte. Dies deutet darauf hin, dass die synergistische Wirkung von ZOL und SAHA auf der Hemmung der Geranylgeranylierung beruhte. Im Einklang mit diesem Ergebnis kooperierte ein spezifischer Inhibitor der Geranylgeranylierung, GGTI-298, mit SAHA bei der Auslösung des Zelltodes, während ein spezifischer Inhibitor der Farnesylierung, FTI-277, keinen Effekt hatte. Zudem kooperierte SAHA mit Mevastatin, einem Inhibitor des proximalen Enzyms des Mevalonatstoffwechsels. Diese In-vitro-Ergebnisse bilden eine Grundlage für In-vivo-Untersuchungen der Kombination von SAHA mit ZOL – oder mit einem anderen Hemmstoff des Mevalonatstoffwechselwegs – als einer effektiven Strategie zur Behandlung von Krebs.