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Anwendung des Karlsburger Diabetes-Management-System (KADIS®) unter Studien- und Routinebedingungen
(2009)
Mit der Forschungstätigkeit der letzten Jahre sollte die Frage beantwortet werden, ob KADIS® zur unterstützenden Beratung von Ärzten bei Optimierung der Stoffwechseleinstellung in der Routine der Diabetikerversorgung geeignet ist. Dazu erfolgte eine stufenweise Testung von KADIS® in offenen mono- und polyzentrischen Studien, in einer Fall-Kontroll-Studie sowie in einer Anwendungsbeobachtung im Rahmen des Diabetiva®-Programms der TAUNUS BKK. Die Ergebnisse der Studien zeigten, dass die Anwendung von KADIS®-Empfehlungen zu einer signifikanten Verbesserung der Stoffwechseleinstellung führt. Diese Aussage fand in allen Studien durch Senkung des HbA1c-Wertes Bestätigung. In der monozentrischen Studie konnte eine HbA1c-Reduktion um 1,2 % und in der multizentrischen Studie um 0,62 % innerhalb von 3 Monaten erreicht werden. Im Diabetiva®-Programm führte der Einsatz von KADIS® ebenfalls zu einer Absenkung des HbA1c-Wertes. In allen Studien und in der Routine-Anwendung bestand eine Abhängigkeit des KADIS®-Effekts vom Ausgangs-HbA1c. Je höher der Ausgangs-HbA1c desto größer der KADIS® Effekt. So erreichte in der Fall-Kontroll-Studie die Subgruppe mit einem HbA1c-Ausgangswert >7,5 % unter kombinierter Anwendung von CGMS™ und KADIS® eine HbA1c-Reduktion von 0,8 %, während in dieser Subgruppe unter alleiniger CGMS™-Anwendung nur eine Absenkung von 0,2 % gelang. Das Diabetes-Management mit KADIS® war vergleichbar erfolgreich bei deutschen und arabischen Menschen mit Diabetes. Der positive KADIS®-Effekt war sowohl für Patienten mit Typ 1 als auch mit Typ 2 Diabetes nachweisbar. So führte die kombinierte Anwendung von CGMS™ und KADIS® im Vergleich zu CGMS™ alleine zu einer HbA1c-Senkung um 0,62%. Bei Typ 1 Diabetikern gelang eine größere Absenkung des HbA1c-Wertes als bei Typ 2 Diabetikern. Mit Hilfe einer multiplen Regressionsanalyse konnte gezeigt werden, dass Patienten, die von Allgemeinpraktikern betreut werden, am meisten vom Einsatz von KADIS® Empfehlungen im Sinne einer evidenzbasierten Entscheidungsunterstützung profitierten. Generell war der Einsatz von KADIS® als evidenzbasiertes Entscheidungsunterstützungssystem dem CGMS™-Monitoring allein überlegen. Offenbar liefert das CGMS™- Profil allein nur beschränkte Informationen zur Optimierung der Stoffwechselführung, während mittels KADIS® detaillierte Empfehlungen zur Verbesserung der Blutzuckerkontrolle abgeleitet werden können, die zudem spezifisch für die jeweilige individuelle metabolische Situation des Patienten bestmöglich zugeschnitten sind. Die Studien machen ein beträchtliches Potential von KADIS® zur Vermeidung von diabetischen Spätkomplikationen deutlich. Jede Absenkung des HbA1c-Wertes um 1 % führt laut UKPDS zu einer Verminderung diabetesbedingter Todesfälle um 21 %. Gelingt es, den HbA1c-Wert dauerhaft auf Werte unter 7,5 % abzusenken, reduziert sich deutlich das Risiko für Erblindung, Amputation, Nierenversagen und Nervenschäden. Selbst wenn eine Verbesserung der Blutzucker-Einstellung erfolgt, nachdem eine diabetesbedingte Komplikation diagnostiziert wurde, kann durch Verbesserung der Stoffwechseleinstellung die Manifestation einer weiteren verzögert oder verhindert werden. Abschließend kann festgestellt werden, dass KADIS® zur unterstützenden Beratung von Ärzten bei der Optimierung der Stoffwechseleinstellung in der Routine der Diabetikerversorgung geeignet ist. Darüber hinaus ist es gelungen, die Forschungsergebnisse in der Praxis unter ambulanten Bedingungen zu bestätigen. Der erfolgreiche Start des Diabetiva®-Programms zeigt, dass das Konzept eines telemedizinisch-gestützen Diabetikerbetreuungsnetzwerks mit KADIS® als evidenzbasiertem Entscheidungsunterstützungssystem sehr gut geeignet ist, die Stoffwechselführung von Patienten mit Typ 2 Diabetes zu verbessern.
Hintergrund: Die Körperlänge wird maßgeblich vom Wachstum der Wirbelsäule bestimmt. Bei Untersuchungen an der Wirbelsäule von BB.4Sd1- und BB.4Sd2- Ratten wurden Körperlängenunterschiede festgestellt, obwohl phänotypische Differenzen der Stämme nicht zu erwarten sind, da beide Rattenstämme kongen sind. Hypothese: Es sind Größendifferenzen der Wirbelparameter zwischen den Stämmen BB.4Sd1 und BB.4Sd2 vorhanden, die durch das Knochenwachstum beeinflusst werden. Methoden und Material: Es wurden 28 Tiere untersucht: 10 Tiere des Stammes BB.4Sd1 (D1) (5f/5m), 7 Tiere des Stammes BB.4Sd2 (D2) (3f/4m) sowie 11 Tiere des Stammes BB/OK (6f/5m) als Kontrollgruppe. Die Tiere wurden am Ende ihrer 32. Lebenswoche nach Bestimmung metabolischer Blutparameter (Insulin, Leptin, Triglyzeride, Gesamtcholesterin) getötet. Nach dem Wiegen erfolgte die Entnahme der Wirbelsäulen in toto und nach der Mazeration die Messung von je 12 Parametern an 6 Lendenwirbeln jedes Tieres. Ergebnisse: Die Lendenwirbel L1-L6 zeigten innerhalb des Stammes und des Geschlechts ähnliche Größenverhältnisse zueinander. Zwischen den Stämmen wurden signifikante Größenunterschiede (p < 0,05) ermittelt. Für die Mittelwerte aller Parameter gilt mit Ausnahme der Spinalkanalmaße (keine signifikanten Unterschiede zwischen den Stämmen) BB.4Sd2 > BB.4Sd1 > BB/OK. Diskussion: Für die festgestellten phänotypischen Unterschiede können genetische Varianten oder Mutationen in dem Genabschnitt verantwortlich sein, der beide Stämme vom Ursprungsstamm BB/OK unterscheidet. In der Arbeit wird der Einfluss der in diesem Abschnitt vorhandenen Gene Crhr2 und Ghrhr und der das Körperfett beeinflussenden Gene Npy oder Repin1 auf das Wachstum, insbesondere vermittelt durch das Wachstumshormon GH, diskutiert. Fazit: Die Hypothese eines Wirbelgrößenunterschieds zwischen den kongenen Rattenstämmen BB.4Sd1 und BB.4Sd2 wurde bestätigt. Da genetische Ursachen wahrscheinlich sind, ist eine Sequenzierung und Expressionsanalyse der Gene des übertragenen Abschnittes beider Stämme im nächsten Schritt notwendig. Die Analyse der Mechanismen hat wegen der Analogie der Wachstumssteuerung bei Mensch und Ratte klinische Bedeutung.
HINTERGRUND: Ziel der Studie war es, die Betreuungsqualität einer diabetologisch spezialisierten ambulanten Arztpraxis im zeitlichen Verlauf zu untersuchen und Möglichkeiten eines Qualitässicherungsmonitorings zu evaluieren. - METHODE: ES wurde retrospektiv eine Klientel von 303 nicht selektierten Diabetikern mit Insulintherapie (32,7 % Typ 1) eines Stadtkreise von 91.068 Einwohnern für die Jahre 1987, 1990 und 1993 untersucht. - ERGEBNISSE: Ausgewählte Ergebnisse im Vergleich 1987 zu 1993: ärztliche Konsultationen pro Jahr: 8,0 vs. 7,9. Intensivierte Insulintherapie: 77,8 % vs. 84,8 % (Typ 1) bzw. 2,1 % vs. 2,5 % (Typ 2). Gewichtsbezogene Insulindosis pro Tag: 0,64 vs. 0,65 (Typ 1) bzw. 0,48 vs. 0,58 (Typ 2) IU*kg'1*d"1. Mittlere non-fasting-Blutglukose [mmol/1]: 11,3 vs. 10,1 (Verbesserung um 10,6 %; p < 0,05). Mittleres HbAlc [%]: 9,0 vs. 8,6 (Verbesserung um 4,5 %) untersucht bei 12,2 vs. 94,1 % aller Patienten. Patienten mit Glykohämoglobinwerten im Normbereich: 5 % vs. 21,8 % (Verbesserung um 16,8 %). Mittleres Cholesterol [mmol/1]: 7,0 vs. 6,1 (p < 0,05) untersucht bei 22,1 vs. 94,1 % aller Patienten. Mittlerer arterieller Blutdruck [mmHg]: 156 vs. 149 systolisch bzw. 92 vs. 85 diastolisch (p < 0,05). Mittlerer Body-Mass-Index [kg*(m)~2]: 27,3 vs. 27,9. Prävalenz einer proliferativen Retinopathie: 9,1 vs. 11,1 % beim Typ 1 (untersucht bei 67,7 vs. 84,8 % aller Patienten) bzw. 1,0 vs. 7,5 % beim Typ 2 (untersucht bei 52,2 vs. 80,9 % aller Patienten). Prävalenz einer Nephropathie (Stadien III bis V nach MORGENSON): 27,3 vs. 68,7 % (Typ 1) bzw. 20,6 vs. 70,0 % (Typ 2). Prävalenz von Fußkomplikationen (Ulzerationen und Amputationen): 2,0 vs. 3,0 % (Typ 1) bzw. 1.5 vs. 1,5 % (Typ2). - SCHLUSSFOLGERUNGEN: Die Betreuungsqualität der untersuchten Arztpraxis war durchgehend Leitlinien-gerecht bezüglich der Prozessqualität und akzeptabel bezüglich der meisten Indikatoren der Ergebnisqualität. Aufgrund, der gewöhnlichen Inzidenzen der Spätkomplikationen wie Erblindungen, Nierenversagen, Amputationen, KHK und perinataler Komplikationen, sind signifikante Aussagen nur im Rahmen territorial übergreifender Netzwerke mit Benchmarking möglich. SCHLÜSSELWÖRTER: Betreuungsqualität, Diabetes mellitus, Glykohämoglobine, HbAlc, Spätkomplikationen, Retinopathie, Nephropathie, Fußkomplikationen, Koronare Herzkrankheit, perinatale Komplikationen, St. Vincent Deklaration
Einleitung: Es gibt derzeit zwei anerkannte Therapieoptionen des Typ-1-Diabetes mellitus bei Kindern und Jugendlichen. Diese sind die konventionelle Injektionstherapie und die subkutane Insulinpumpentherapie. Ziel dieser Arbeit ist der Vergleich dieser beiden Therapieformen hinsichtlich der Therapiesicherheit und der Effektivität der metabolischen Einstellung bei Kindern und Jugendlichen in stationärer Rehabilitationsbehandlung. Patienten und Methoden: Eingeschlossen in diese Untersuchung wurden alle Kinder und Jugendlichen (n = 901, 52 % Mädchen, Alter 11,5 ± 4,0 Jahre, Diabetesdauer 4,0 ± 3,6 Jahre, HbA1c 8,61 ± 2,12 %), die im Zeitraum zwischen dem 01.04.2004 und dem 31.10.2010 in Rehabilitationsbehandlung im Inselklinikum Heringsdorf aufgenommen waren. Ergebnisse: Zum Zeitpunkt der Aufnahme werden 707 Patienten mit intensivierter Injektionstherapie und 194 mittels Insulinpumpe behandelt. 10 % der Kinder (n = 92) waren im Vorschulalter (< 6 Jahre), 26 % (n = 232) im Grundschulalter (≥ 6 < 11 Jahre), 49 % (n = 443) im Pubertätsalter (≥ 11 < 16 Jahre) und 15 % (n = 134) waren postpubertär (≥ 16 Jahre). Kinder und Jugendliche mit CSII hatten eine längere Diabetesdauer (5,3 ± 3,7 vs. 3,6 ± 3,5 Jahre, p < 0,01) bei vergleichbarem HbA1c (8,35 ± 1,71 vs. 8,72 ± 2,26 %, p = 0,09), niedrigeren postprandialen Blutglukosewerten (10,0 ± 3,0 vs. 12,2 ± 3,3 mmol/l, p = 0,03), einer vergleichbaren mittleren Blutglukoseschwankungsamplitude (9,8 ± 3,2 vs. 9,4 ± 3,4 mmol/l, p = 0,22) und einer höheren Zahl von Blutglukoseselbstkontrollen (45,4 ± 13,3 ± 38,2 ± 11,5 Selbstkontrollen/Woche, p < 0,01). In der multivariaten Analyse ergab sich die Blutglukoseschwankungsamplitude als wichtigster mit dem HbA1c assoziierter Parameter (ICT-Gruppe R-square = 0,372, ß = 0,184, p < 0,01, CSII-Gruppe: R-square = 0,313, ß = 0,241, p < 0,01). Das Auftreten an Hypoglykämien in der ICT-Gruppe (R-square = 0,09) ist assoziiert mit der Anzahl an Blutglukoseselbstkontrollen (β=0,17, p<0,01), dem HbA1c (β= - 0,12, p<0,01), der Blutglukoseschwankungsamplitude (β=0,08, p=0,04) sowie der Diabetesdauer (β= -0,1, p<0,01). Dementgegen besteht in der CSII-Gruppe (R-square = 0,06) eine negative Assoziation mit der Diabetesdauer (β= - 0,251, p<0,01). Schlussfolgerungen: Kinder und Jugendliche mit Typ-1-Diabetes mellitus werden besonders häufig im Pubertätsalter zur stationären Rehabilitation eingewiesen. Gerade hier benötigen viele Jugendliche zur optimalen Stoffwechseleinstellung und psychosozialen Teilhabe besondere Unterstützung (Empowerment, strukturierte Behandlung und Schulung). In Zusammenschau aller Altersgruppen zeigen die untersuchten metabolischen Parameter zwischen beiden Therapiegruppen einen vergleichbaren Therapieerfolg (HbA1c und Blutglukoseschwankungsamplitude) und keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Therapiesicherheit (Anzahl an Hypoglykämien). Hinsichtlich zukünftiger Ansatzpunkte für eine weitere Verbesserung der metabolischen Kontrolle wäre eine Verringerung der Blutglukoseschwankungsamplitude ein lohnenswertes Ziel.
Der Transkriptionsfaktor ChREBP ist ein zentraler Regulator des Fett- und Glukosestoffwechsels
und wird insbesondere in der Leber intensiv erforscht. Allerdings ist seine Rolle in
der Niere, die maßgeblich an der Glukose-Homöstase beteiligt ist und einen wichtigen Ort
der Glukoneogenese darstellt, noch weitgehend unerforscht.
Zentrales Ziel dieser Arbeit ist es, im Rahmen des hepatischen Pankreasinseltransplantationsmodells
die Auswirkungen eines Diabetes mellitus und eines Fehlens des Transkriptionsfaktors
CHREBP auf das renale Tubulusepithel anhand von Wildtyp- und ChREBPKnockout-
Mäusen über einen Versuchszeitraum von drei bzw. sechs Monaten zu evaluieren.
Dazu wurden die tubuläre Glykogenspeicherung in Form von Glykogenspeicherkernen und
Armanni-Ebstein-Läsionen, die Proliferationsaktivität des renalen Tubulusepithels sowie das
Auftreten von renalen Tumoren untersucht.
Das Vorliegen eines Diabetes mellitus führt in der Niere der Wildtyp-Mäuse zu einer tubulären
Glykogenakkumulation, die durch einen ChREBP-Knockout deutlich verstärkt wurde.
Diese Glykogenspeicherung fehlte bei nicht diabetischen Tieren völlig. Gleichzeitig ließ sich
bei diabetischen Wildtyp-Tieren eine zum Teil erhöhte Proliferationsaktivität sowie das Auftreten
von Nierentumoren beobachten. Das Ausschalten des Transkriptionsfaktors ChREBP
führte nicht nur zu einem vermehrten Auftreten von Glykogenspeicherkernen und Armanni-
Ebstein-Läsionen, sondern resultierte auch in einem deutlich gesteigertem Vorkommen von
renalen Tumoren. Diese Tumoren traten hier auch ohne das gleichzeitige Vorliegen eines
Diabetes mellitus auf. Auch die Proliferationsaktivität der Tubulusepithelien war bei den
ChREBP-Knockout-Mäusen gesteigert.
Somit führt ein Diabetes mellitus, insbesondere bei einem gleichzeitigem Knockout von
ChREBP, zu einer Akkumulation von Glykogen innerhalb der renalen Tubulusepithelien
und fördert die Entstehung von Tumoren in der Niere bei Mäusen. Auch ein Knockout von
ChREBP scheint- unabhängig vom Vorliegen eines Diabetes- einen fördernden Einfluss auf
die renale Tumorgenese zu haben. Allerdings sind die daran beteiligten Mechanismen noch
weitgehend unbekannt. Daher sollte die Rolle von ChREBP und die Bedeutung der diabetisch
bedingten tubulären Veränderungen in Form der Glykogenspeicherkerne und Armanni-
Ebstein-Läsionen
Große epidemiologische Studien haben gezeigt, dass Patienten mit einem Diabetes mellitus oder einem metabolischen Syndrom ein erhöhtes Risiko für die Entstehung eines Hepatozellulären Karzinoms (HCC) besitzen. In einem in der Arbeitsgruppe von F. Dombrowski entwickelten Tiermodell konnte gezeigt werden, dass eine dauerhaft erhöhte Insulin- und Glukosekonzentration nach niedrig-dosierter portal-embolischer Pankreasinseltransplantation in diabetischen Ratten einen karzinogenen Effekt auf die Hepatozyten ausübt. Da der Signalweg über die Proteinkinase AKT und seine Effektormoleküle wie mTOR (mammalian target of Rapamycin) einerseits in der humanen Hepatokarzinogenese aktiviert ist, andererseits aber auch einen typischen intrazellulären Mediatorweg des Insulinsignals darstellt, war das Ziel dieser Arbeit, die funktionelle Bedeutung einer AKT/mTOR-Aktivierung in diesem Tiermodell mittels Western Blot und Immunhistochemie zu charakterisieren. AKT und seine Effektormoleküle (mTOR, NFkB, Bcl-2) sind dabei bereits in den frühesten Präneoplasien verstärkt exprimiert, durch AKT in ihrer Funktion negativ-regulierte Effektormoleküle (FOXO1, 4EBP1 und BAD) werden hingegen inhibiert. Diese Effekte nehmen im Verlauf der Karzinogenese vom Stadium der Präneoplasien zu den HCC deutlich zu. Daher lässt sich schlussfolgern, dass in der Insulin-induzierten Hepatokarzinogenese nach Pankreasinseltransplantation in diabetischen Ratten der AKT/mTOR-Signalweg als intrazellulärer Mediator des Insulinsignals von Beginn an aktiviert ist und an der Entstehung der Präneoplasien und der nachfolgenden Transformation in hepatozelluläre Tumoren eine wesentliche Bedeutung haben dürfte. Die AKT/mTOR Aktivierung ist ferner für die Induktion des lipogenen Phänotyps und die Heraufregulation der lipogenen Enzyme FASN, ACAC, ACLY, ähnlich wie beim HCC des Menschen und im Mausmodell, verantwortlich. Zum einen bietet dieses Modell somit auf molekularer Ebene Erklärungsansätze für die epidemiologisch gesicherte aber bisher pathogenetisch nicht verstandene Entstehung des HCC beim Menschen mit hyperinsulinämischen Diabetes mellitus. Zum anderen bleibt darüber hinaus abzuwarten, inwieweit sich durch Hemmung dieses onkogenen Signalwegs Ansätze für die Therapie des HCC bei Patienten mit dereguliertem Insulinstoffwechsel ergeben könnten.
Die bedeutende Rolle eines insulinomimetischen Stoffwechsel- und Signalmilieus in glykogenotischen hepatozellulären Präneoplasien konnte in zwei etablierten Rattenmodellen der Zirrhose-unabhängigen Hepatokarzinogenese unlängst belegt werden. Trotz des Einwirkens unterschiedlicher Karzinogene verläuft dieser Prozess sowohl im Modell der niedrigdosierten intrahepatischen Pankreasinseltransplantation in diabetischen Ratten als auch im chemischen Modell mit nicht-diabetischen Ratten nach N-Nitrosomorpholin (NNM)-Exposition nach der typischen glykogenotisch-basophilen Entwicklungssequenz mit ausgeprägten Ähnlichkeiten bezüglich Morphologie und molekularbiologischen Veränderungen. Welche Bedeutung insulinomimetische Mechanismen während der weiteren Karzinogenese in diesen Modellen noch haben und welche zusätzlichen pathogenetischen Faktoren hinzukommen, ist bisher weitgehend unbekannt und soll durch eine globale Genexpressionsanalyse näher beleuchtet werden. Dazu wurden verschiedene morphologische Karzinogenesestadien von Ratten aus dem Inseltransplantations- und NNM-Modell mit Hilfe der komparativen cDNA-Mikroarray-Technik auf intraindividuelle Expressionsveränderungen mehrerer tausend Gene untersucht. Neben glykogenotischen Präneoplasien, weiter fortgeschrittenen gemischtzelligen Präneoplasien und hepatozellulären Karzinomen (HCC) aus dem Transplantationsmodell Streptozotocin (Stz)-diabetischer Ratten sowie glykogenotischen Präneoplasien und HCC aus dem NNM-Modell befand sich auch eine Gruppe autoimmun-diabetischer Ratten mit glykogenotischen Präneoplasien nach Inseltransplantation unter den Versuchstieren. Mit Hilfe dieser Versuchsgruppe sollten potentiell relevante Unterschiede der Expressionsveränderungen zwischen den glykogenotischen Präneoplasien der verwandten Transplantationsmodelle aufgedeckt werden, welche auf die einmalige Stz-Applikation im klassischen Transplantationsmodell zurückzuführen sein könnten. Die Expressionveränderungen betreffen in beiden Modellen mehrere hundert Gene aus zahlreichen zellulären Prozessen, wobei insgesamt (2512 versus 1717) und bei Gegenüberstellung der korrespondierenden Stadien im klassischen Inseltransplantationsmodell stets mehr Gene alteriert sind als im NNM-Modell. Am geringsten ist die Zahl alterierter Gene in den glykogenotischen Präneoplasien der autoimmun-diabetischen Ratten. Die in allen Versuchsgruppen prozentual am stärksten von den Expressionsveränderungen betroffenen Gene stammen von intrazellulären Signalmediatoren, Transkriptionsregulatoren und Membranrezeptoren. Aus dem Bereich des Grundstoffmetabolismus sind Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsel am stärksten betroffen. Insgesamt gibt es bezüglich der alterierten Zellprozesse keine wesentlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchsgruppen. Die Expressionsveränderungen nehmen bis zur Vervierfachung im Karzinomstadium im Verlauf der Karzinogenese in beiden Modellen zu (kumulativer Effekt). Unter den alterierten Genen finden sich neben solchen des Glukose-Turnovers und der Insulin-Signaltransduktion zahlreiche weitere Karzinogenese-assoziierte Gene, darunter lipogene Mediatoren, mehrere Wachstumsfaktoren (ErbB-, FGF- und Annexin-Familie), Mediatoren der Angiogenese, Apoptoseregulation und der intrazellulären Signaltransduktion, onkogene Transkriptionsfaktoren, DNA-Reparaturgene sowie einige bekannte Protoonko- und Tumorsuppressorgene. Die Expressionsveränderungen sprechen auch für eine Rolle von insulinomimetischen Mechanismen in der späten experimentellen Hepatokarzinogenese, wobei diese eher durch andere Karzinogenese-assoziierte Phänomene als durch direkte Insulinrezeptor-Signalübertragung aufrechterhalten werden könnten. So ließen sich einige Expressionsveränderungen des Glukosestoffwechsels zum Beispiel mit Hilfe des Warburgeffekts oder als Hypoxie-induziert erklären. Darüber hinaus liefern vorliegende Ergebnisse Anhaltspunkte für weitere pathogenetisch relevante Mechanismen während der Karzinogeneseprogression in den untersuchten Modellen. Dazu gehören unter anderem der wachstumsfördernde Einfluss von überexprimierten Wachstumsfaktoren der ErbB-Familie und lipogenen Mediatoren aber auch die Dysregulation des intrazellulären Signalkaskadennetzwerks und des programmierten Zelltods. Die Alteration derselben zellulären Prozesse im Transplantations- und NNM-Modell bestätigt eine große Übereinstimmung im Verlauf der Karzinogenese in beiden Modellen auf Transkriptionsebene. Insgesamt sind die Alterationen im Stz-Modell stärker ausgeprägt. Sowohl die Anzeichen für mögliche vorübergehende Stz-induzierte Genexpressionsveränderungen in den klarzelligen Präneoplasien als auch Ursache und tatsächliche kausalpathogenetische Bedeutung der hier nachgewiesenen Expressionsveränderungen müssen durch weitere Untersuchungen validiert und gezielter analysiert werden.
Der Diabetes mellitus ist eines der großen Gesundheitsprobleme der westlichen Industrienationen. Laut der Internationalen Diabetes Föderation (IDF) ist Deutschland mit 12 Prozent das Land mit der höchsten Diabetesprävalenz in Europa. Für das Gesundheitssystem stellen die Erkrankung und vor allem die daraus resultierenden Begleiterkrankungen einen erheblichen Kostenfaktor dar. Studien zur Therapiequalität belegen, dass ein Großteil der Diabetiker dauerhaft zu hohe Blutzuckerwerte hat. Oftmals stellt sich in der Behandlung des Diabetes das Problem der regelmäßigen Therapiekontrolle. Dieses Problem wird sich vor allem in ländlichen Räumen mit mangelnder hausärztlicher Versorgung und im Hinblick auf die demographische Entwicklung weiter verschärfen. Ein allgemeiner Lösungsansatz zur Entlastung der Hausärzte wurde mit dem AGnES-Konzept (Arzt-entlastende Gemeinde-nahe E-Health gestützte, Systemische Intervention) entwickelt. Zusätzlich qualifizierte AGnES-Fachkräfte übernahmen in Delegation des Hausarztes Hausbesuche und führten ein standardisiertes Monitoring und indikationsbezogene Vitalwertmessungen durch. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Blutzuckereinstellung, die antidiabetische Arzneimitteltherapie und die arzneimittelbezogenen Probleme einer alten, multimorbiden und in seiner Mobilität eingeschränkten Patientengruppe. In der Follow-up Untersuchung werden Effekte des AGnES-Konzepts beschrieben. Insgesamt befanden sich 355 Patienten (Alter MW=79) mit gemessenen Plasmaglukosewerten (Grenzwerte: präprandiale Messung: 90-130 mg/dl; postprandiale Messung: <180 mg/dl nach ADA Guidelines 2005) und Informationen über den zeitlichen Abstand zur letzten Mahlzeit sowie einer Zustimmung zur Basisanamnese sowie einem vollständig vorliegenden Medikamentendatensatz in der Baseline-Analyse. Zur Abschätzung der Interventionseffekte wurde die gleiche Patientenkohorte im Durchschnitt nach 273 Tagen erneut standardisiert befragt sowie ein zweiter Plasmaglukosewert analysiert. Im Zeitraum dazwischen erhielten die Patienten eine Evaluation durch die behandelnden Hausärzte sowie eine pharmazeutische Betreuung durch die beteiligten Apotheken. Im Follow-up erfüllten 195 Patienten die Einschlusskriterien. Unter den 355 Patienten hatten 67,9% zum Baseline-Zeitpunkt bereits die Diagnose Diabetes mellitus, 32,1% hatten sie nicht. Es zeigte sich, dass 28,5% aller Patienten die Grenzwerte nicht einhielten. Bei den Patienten mit Diagnose Diabetes mellitus waren es 35,3% während es bei den Patienten ohne Diagnose Diabetes 14,1% waren. Die antidiabetische Arzneimitteltherapie der Patienten mit Diagnose Diabetes mellitus zeigte, dass insgesamt 35,7% eine Monotherapie (Insulin oder orales Antidiabetikum), 29,4% eine Kombinationstherapie und 34,9% keine Arzneimittel erhielten. Bei den Patienten, die die Grenzwerte einhielten, hatten 19,9% eine Kombinationstherapie, bei denen die sie nicht einhielten waren es 47,1%. Im Follow-up hielten noch 27,7% aller Patienten die Grenzwerte nicht ein, bei denen mit Diagnose waren es 34,7%, bei denen ohne 7,8%. Im Vergleich zur Baseline Untersuchung hatte es eine leichte Verbesserung gegeben, diese war im McNemar-Test für verbundene Stichproben jedoch für keine der Gruppen signifikant. Bei der antidiabetischen Arzneimitteltherapie zeigten sich Veränderungen in der bevorzugten Therapieart. Die Kombinationstherapie von Insulinen und oralen Antidiabetika reduzierte sich von 19,4% auf 13,9%, gleichzeitig stieg der Anteil an Insulinmonotherapie von 9,7% auf 13,9%. Insgesamt stieg der Anteil von Insulinen an allen Blutzucker senkenden Arzneimitteln leicht von 48% auf 51,2% an, während der Anteil von Sulfonylharnstoffen von 21,4% auf 18,2% fiel. Der Anteil an Diabetikern ohne antidiabetische Arzneimitteltherapie liegt in der Baseline sowie im Follow-up bei ca. 30%. Im Mittelwert haben die Patienten 7,6 weitere Medikamente eingenommen. Die Untersuchung hat gezeigt, dass es Optimierungsbedarf bei der Blutzuckereinstellung von älteren multimorbiden Hausbesuchspatienten gibt. Die Interventionseffekte zeigten keine signifikanten Ergebnisse. Bei der insgesamt hohen Anzahl an eingenommenen Medikamenten ist es eine große Herausforderung, die möglichen Effekte auf den Blutzuckerspiegel sowie die möglichen Interaktionen abzuschätzen. Hierbei kann die kontinuierliche Betreuung durch die beteiligten Apotheker, sowie die regelmäßigen Blutzuckermessungen durch die AGnES-Fachkräfte sowie die Anpassung der Arzneimittel durch die Hausärzte eine Hilfe sein.
Pretransplant Tolerance Induction Reduces the Islet Mass Required to Reverse Diabetes in NOD Mice
(2007)
Islet transplantation can restore normoglycemia in diabetic patients. However, its application is limited by the high number of islets required to reverse diabetes. As the mass and potency of most human islet preparations are marginal, a large impact on the applicability of islet transplantation is expected from the implementation of strategies that improve engraftment of these islet preparations. The roles of adaptive immunity and immunosuppression on islet engraftment are not well studied. Therefore, the effects of currently used immunosuppression with antilymphocyte serum, tacrolimus and sirolimus on islet engraftment were separated from their impact on immunity and diabetes reversal rates were compared after islet allotransplantation in immunosuppressed and chimeric, non-immunosuppressed NOD mice. Both strategies prevented rejection of islet allografts and reduced the frequency of donor-specific, IFN-gamma-secreting T cells. However, in order to achieve stable diabetes reversal with a probability of about 80% after islet allotransplantation in diabetic NOD mice, a fourfold higher islet mass (400 islets) was required in immunosuppressed recipients, compared with non-immunosuppressed recipients made tolerant pretransplant by induction of mixed hematopoietic chimerism (100 islets). The failure of immunosuppressed mice to become normoglycemic after low-dose islet transplantation primarily resulted from the inhibitory effects of tacrolimus combined with sirolimus on islet engraftment and not from the inhibitory effects of this combination on islet graft function. These data suggest that immunotherapeutic strategies that control adaptive immunity without interfering with islet neovascularization or other processes critical to islet engraftment are likely to improve the success rate of marginal mass human islet allografts.
Lipohypertrophien (LHT) sind Veränderungen des subkutanen Fettgewebes, die durch die Langzeitanwendung von Insulin bei ca. 40 % der Patienten entstehen. Sie waren bisher von fraglicher klinischer Relevanz und teilweise schwierig zu diagnostizieren. Die Veröffentlichungen im Rahmen dieser kumulativen Dissertation untersuchten die pharmakotherapeutische Bedeutung von Lipohypertrophien und untersuchten erstmals die Thermographie als diagnostische Option für LHT. Dabei zeigte sich im euglykämischen Clamp-Versuch eine signifikant reduzierte Bioverfügbarkeit des Insulins nach Injektion in LHT von 78-80 % im Vergleich zur Applikation in gesundes Gewebe. Zwei der dreizehn Probanden zeigten keine Insulinwirkung. Die intraindividuelle Variabilität war signifikant höher in LHT als im gesunden Gewebe. Bei der erstmaligen systematischen Untersuchung von LHT mit einer hochwertigen Wärmebildkamera zeigte sich eine mäßige diagnostische Güte, verglichen mit den ebenfalls teilweise schwierigen Methoden der Inspektion, Palpation und des Ultraschalls. Insbesondere in der Kontrollgruppe war eine klare Abgrenzung von gesundem Gewebe schwierig. Aufgrund der Beeinflussung der Sicherheit, Effektivität und der Effizienz der Pharmakotherapie durch LHT, sollten diese als Injektionsort vermieden werden. Diese Arbeit konnte den Nutzen der Thermographie als diagnostische Option bei LHT zwar nicht klar beweisen, jedoch diesen auch nicht ausschließen.
Diese Arbeit erläutert zunächst einige Grundlagen - Anatomie des Auges, Diabetes mellitus, diabetische Retinopathie - und befasst sich danach mit den funktionellen und morphologischen Ergebnissen von Augen, die aufgrund einer proliferativen diabetischen Retinopathie einer Pars plana Vitrektomie unterzogen wurden. Hierzu werden 124 Augen von 108 Patienten nach dem Diabetes mellitus Typ und dem vorliegenden Retinopathiestadium eingeteilt. Der Ausgangsvisus wird mit dem besten postoperativen Visus und dem Visus bei letzter Kontrolle verglichen. Eine Visusverbesserung gegenüber dem Ausgangsvisus kann beim besten postoperativen Visus bei 63,7 % festgestellt werden. Bei der letzten Kontrolle zeigen 54 % eine Visusverbesserung. Außerdem werden die postoperative Netzhautsituation, durchgeführte Nachoperationen und aufgetretene Komplikationen betrachtet und in die Auswertung mit einbezogen. Die Netzhaut liegt zum Zeitpunkt der letzten Nachkontrolle bei 70,1 % der Fälle an. An 33,9 % der Augen mussten eine oder mehrer Nachoperationen durchgeführt werden. Zwei Augen werden letztendlich enukleiert.
An interesting subclass of the SLs are Cers, the simplest SLs. Cers are assigned a special role within SLs because of their involvement in many cellular and biophysical processes.In literature Cers are describe to modulate many events in signaling including apoptosis. Besides its role as second messenger and therefore the involvement in many signal cascades, Cers are also known to be essential in physical modifications and structural alternations of membranes. Such regulatory functions on membrane formation are e.g. domain formation with other lipids (i.g. SM and Chol), phase separation with sterols (Chol), vesicular trafficking, fusion, membrane curvature fluidity and thickness and the induction of membrane leakiness. In contrast to phospholipids, Cers can move from one side of the membrane leaflet to the other, due to their strong hydrophobicity. This movement is called flip-flop or as transbilayer movement and is controversially discussed. Consequently, no exact value has been reported about the flip-flop property of Cers, which probably plays an important role during the transmission of an extra cellular signal through the membrane.In order to probe the biophysical properties of ceramides, a synthetic access to 1-thioceramides (1-SHCer) analogues with different N-acyl chain length has been developed in this study. With 1SHCer the flip-flop was investigated on pre-formed liposomes and the data indicated a very rapid flip-flop of Cers with a half time t1/2 <10s in raft- and non-raft like membrane models. Furthermore, the acyl chain length exhibited no measurable impact on the speed of the flip-flop. Utilizing the same probes the importance of hydrogen bond donor and acceptor properties of Cers upon interaction with sphingomyelin in the presence or absence of cholesterol (Chol) has been probed. Performed fluorescent quenching experiments (P.Slotte) proposed the following relative preference in interaction with pSM:pSM:DAGs > pSM:Cer > pSM:Chol > pSM: 1-pCerSH.Most strikingly, the importance of the 1-OH H-bond acceptor functionality to replace Chol around and above the melting temperature of pSM has been demonstrated. Recently, an unusual subclass of SLs, named 1-deoxysphingoids have come to the foreground, as biomarker for metabolic disorders. 1-doxSA is physiologically generated (10-40nM) due to substrate promiscuity of SPT and shown to be elevated in patients with metabolic disorders. In this study an organic synthetic access to fluorescent DSB derivatives was established, featuring a fluorescent moiety at the lipid tail, such as FITC 26. Comprehensive fluorescent studies of 26 revealed an unusual subcellular distribution. Exogenous 1-doxSA analogues, such as FB1 and 1-doxSA-FITC, enter via specific entry points. During the next few hours these lipids accumulate within the cytosol prior to N-acylation by CerS. Upon N-acylation, the newly formed 1-doxdhCer and its analogues insert into the ER membrane.The fluorescent probe and most likely FB1 analogues accumulate within the late endosomal and lysosomal system, probably via a direct connection with the ER. Analysis of the lipid metabolism of unlabeled 1-doxSA and FB1 revealed a strikingly similar behavior, pointing towards a common pharmacological effect. Complete consumption of TG within 24h in epithelia cells combined with GO analysis of 1-doxSA interacting lipids indicates significant modulation of fatty acid degradation, pointing towards regulation of the energy metabolism. This is in good agreement with the observed induction of autophagy. Together, this rapid and similar metabolic change of both 1-doxSA and FB1, points toward direct 1-doxSA head-group related lipid-protein interaction and less toward the influence of FB1 on CerS activity. This work suggests the biological significance of 1-doxSA as a primary nutrient sensor to maintain nutrient homeostasis and its role in the pathophysiology of metabolic diseases.
In the two present prospective cohort studies we conducted on population-based sample from the North-eastern adult Germans, the following main results were obtained. First, CP had a moderate effect on CVD and all-cause mortality [93]. In further analyses, we investigated the association of CP and mortality considering DM as a mediator in the CP-Mortality association. We did not, however, come up with enough evidence supporting this hypothesis. Furthermore, no substantial evidence was found on our hypothesis suggesting a joint effect of CP and DM on mortality [93]. Second, we studied the causal effect of CP on diabetes incidence or long-term change of Hba1c level using 11-years of follow-up data from SHIP. However, our data did not indicate any independent effect of CP on the incidence of diabetes mellitus after comprehensive confounder adjustment using DAGs. Models that consider baseline periodontal status effect on long term change of Hba1c revealed similar non-significant results [94].
Neben akut auftretenden Krankheiten können chronische Erkrankungen den Verlauf einer Schwangerschaft beeinflussen und gleichsam Effekte bis hin zur Geburt zeigen. Das Thema Schwangerschaft und Erkrankung ist somit sowohl für die mütterliche Gesundheit als auch für das kindliche Outcome von Bedeutung. Hinsichtlich dieser Thematik scheinen während der Schwangerschaft akut auftretende Erkrankungen insgesamt besser untersucht zu sein als chronische Krankheiten. Da sich sowohl bezüglich der Prävalenzen als auch im versorgungsmedizinischen Bereich unterschiedliche Literaturangaben finden, sollten insbesondere chronische Erkrankungen bei Schwangeren im Fokus dieser Arbeit stehen. Im Rahmen der SNiP-Studie wurden n=5330 Frauen hinsichtlich chronischer Erkrankungen und ihres Geburtsoutcomes untersucht. Bezogen auf die angegebenen Krankheiten und die pathologischen Befunde wurde eine Kodierung nach ICD-10 vorgenommen. Während der Schwangerschaft eingenommene Medikamente wurden nach dem ATC-Index sowie nach der Roten Liste kodiert. Beide Vergleichsgruppen (chronisch kranke vs. nicht chronisch kranke SNiP-Teilnehmerinnen) wurden nochmals nach Gravidität und Parität unterteilt. Die Vergleiche zwischen chronisch Kranken und nicht chronisch Kranken erfolgten mittels statistischen Signifikanztests. Populationsbasiert konnten n(k)=1141 Frauen als chronisch krank identifiziert werden (21,4%) und n(g)=4189 Frauen als nicht chronisch krank (78,6%). Am häufigsten traten in der SNiP-Studie Allergien (Prävalenz 11,3%), Asthma bronchiale (2,7%) und Schilddrüsenerkrankungen (2,3%) auf. Weiterhin zeigten Hauterkrankungen (2,2%), Hypertonien (1,1%) und Migräne (1,5%) hohe Prävalenzen. Chronisch kranke Frauen waren durchschnittlich zwei Tage länger stationär im Schwangerschaftsverlauf (p<0,01). Dagegen traten Infektionen und vaginale Blutungen während der Schwangerschaft signifikant häufiger in der gesunden Gruppe auf (p<0,05). Der Hauptgeburtsmodus war in beiden Gruppen die Spontangeburt, wobei chronisch kranke Frauen jedoch signifikant häufiger per Sectio entbunden wurden (p<0,01) und häufiger eine Lungenreifeinduktion (p<0,01) erhielten. Jede 10. Frau aus dieser Gruppe brachte ein frühgeborenes Kind (vor der vollendeten 37. SSW) zur Welt, wohingegen bei den gesunden Frauen nur jede 13. Frau betroffen war (p<0,05). Kinder chronisch kranker Frauen waren signifikant kleiner bezüglich Körperlänge und Kopfumfang und mussten häufiger stationär aufgenommen werden (p<0,01). Die vorliegende Analyse ist die erste populationsbasierte Studie, in der die Prävalenzen aller auftretenden chronischen Erkrankungen erfasst wurden. Jede fünfte schwangere Frau im Studiengebiet Ostvorpommern leidet demnach an mindestens einer chronischen Erkrankung. Eine herabgesetzte Fertilität chronisch kranker Frauen im gebärfähigen Alter konnte mit den Daten der SNiP-Studie nicht belegt werden. Ebenso konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Vergleichsgruppen bezüglich Familienstand, ethnischer Herkunft, Schwangerschaftsplanung, akut in der Schwangerschaft auftretender Erkrankungen, Geburtsgewicht, 5-Minuten-Apgar, Base Excess, erweiterte Neugeborenenerstversorgungsmaßnahmen, Fruchtwasser- sowie Plazentaauffälligkeiten festgestellt werden. Allerdings scheint das perinatale Outcome dennoch schlechter für Kinder chronisch kranker Frauen aufgrund der Vielzahl genannter signifikanter Unterschiede zu sein. Die leitliniengerechte medikamentöse Behandlung während der Schwangerschaft fand bei den chronisch kranken Teilnehmerinnen der SNiP-Studie nur in einem unzureichenden Maße statt, was verschiedene Ursachen haben kann. Die Einnahme frei im Handel erhältlicher Präparate ist hingegen als relativ gut zu bewerten, ebenso wie die Compliance hinsichtlich anderer schwangerschaftsabhängiger Bereiche. Mit dieser Auswertung der SNiP-Studie konnten die Prävalenzen chronischer Erkrankungen bei Frauen im gebärfähigen Alter populationsbasiert in der Region Ostvorpommern gut dargestellt werden. Für deren Validierung müsste ein Selektionsbias vermieden und objektive Aussagen mittels Standarddiagnostiken erhalten werden. Prinzipiell wären größere Stichprobenumfänge von Vorteil. Nur so werden derartige Studien zukünftig objektiv, valide und vergleichbar. Auch wenn der Fertilitätsindex ein gutes Maß zur Beschreibung der Fruchtbarkeit ist, bedarf es weiterer differenzierter Untersuchungen für einzelne chronische Erkrankungen. Er muss ergänzt werden durch andere Parameter, die die Grundlage für Fertilitätsberechnungen darstellen und sollte Einflussfaktoren wie den Nikotinkonsum berücksichtigen. In den vorliegenden Analysen ist der Einfluss chronischer Erkrankungen auf eine eingetretene Schwangerschaft und deren Ausgang insgesamt geringer als vermutet. Dieser Sachverhalt sollte für einzelne Erkrankungen überprüft und ggf. widerlegt werden. Zukünftig sind weitere intensivierte Forschungsarbeiten zum Thema chronische Erkrankung und Schwangerschaft notwendig, um ebenso gute Grundlagen wie im Bereich akuter Erkrankungen für Diagnostik und Therapie zu erhalten. Zunächst sollten die vorliegenden Ergebnisse anhand der SNiP-Studie jedoch versorgungsepidemiologische Beachtung finden. Demnach sind mehr Leitlinien für chronisch kranke Schwangere nötig und es bedarf der Kontrolle von leitliniengerechtem Handeln in den einzelnen Arztpraxen und Kliniken. Hinzu kommt der Abbau von Verunsicherungen bei Schwangeren in Bezug auf medikamentöse Therapien während der Schwangerschaft. Durch mehr integrierte interdisziplinäre Konferenzen können Probleme rechtzeitig erkannt und gemeinsam Lösungen gefunden werden. Hierbei sind Praxen der ländlichen Regionen eindeutig benachteiligt. Kostenübernahmen und Aufklärungskampagnen könnten zumindest für eine Steigerung des Konsums frei im Handel erhältlicher Präparate sorgen.
Die Diagnostik des Diabetes mellitus erfolgt mit Hilfe festgelegter diagnostischer Grenzwerte für bestimmte Biomarker, z.B. für die Plasmaglukosekonzentration. Die DDG empfiehlt in ihrer Praxisempfehlung zur Definition, Klassifizierung und Diagnose von Diabetes mellitus, die Impräzision der Plasmaglukosekonzentrationsbestimmung mit Hilfe der Minimal Difference (MD) anzugeben. Sie leitet sich von der SD ab und beschreibt die kleinste Differenz zwischen zwei Messwerten, die erforderlich ist, um diese als voneinander verschieden zu bezeichnen. Die MD der Glukosekonzentrationsbestimmung soll 0.7 mmol/L bei einer Konzentration von 7.0 mmol/L nicht überschreiten, wenn das Ergebnis für die Diagnose des DM eingesetzt wird. Um verlässliche MD-Werte zu erhalten, wurden in der vorliegenden Studie zwei Ansätze verfolgt:
1. Langzeitauswertung von QK-Daten aus der Krankenversorgung über zehn Jahre Zeitraum Januar 2009 bis Dezember 2018 sowie
2. Kurzzeitauswertung mittels intensiviertem Schema, mit stündlichen Messungen von QK-Material über eine Woche im September 2012.
Die MD der für die Diagnose von DM relevanten Glukosekonzentration wurde in beiden Ansätzen berechnet und verglichen. Die Impräzision der Langzeitauswertung, ausgedrückt als MDcut-off 7.0, betrug 0.44 mmol/L und lag daher deutlich unter dem empfohlenen Grenzwert von 0.7 mmol/L. Stündliche Messungen über einen Zeitraum von einer Woche bestätigen diese Ergebnisse und veranschaulichen das MD-Konzept. Die von QK gemessene Impräzision ist über viele Jahre bemerkenswert stabil. Die derzeitige Impräzionsbewertung konzentriert sich auf einzelne Instrumente, wohingegen klinisch tätige Ärzte die kombinierte analytische Leistung aller Instrumente, die für eine bestimmten Messgröße in einem Labor verwendet werden, beurteilen. Aus diesem Grund wäre zu empfehlen, den MDcut-off aus allen Instrumenten und Kontrollzyklen abzuleiten, die für die Verwendung der Patientenversorgung in einem bestimmten medizinischen Labor herangezogen werden. Hier lagen nach ungefähr 30 unabhängigen Kontrollzyklen, bzw. einem Jahr, stabile Ergebnisse für MDcut-off 7.0 vor. Die Einrichtung einer kontinuierlichen Überwachung der MDcut-off kann die traditionelle Qualitätssicherung ergänzen.
The insulin dependent type 1 diabetes mellitus (IDDM) and the metabolic syndrome are complex human diseases. Both diseases are heterogeneous, genetically inherited and do not follow a simple Mendelian single-locus pattern. The analysis of complex human diseases is complicated both by genetic heterogeneity and by environmental factors. One way to overcome the problem of genetic heterogeneity in humans may be to cluster patients by kinship. It was shown by analysis of maternal lines of type 1 diabetics using mitochondrial DNA that 89% of maternal lines are related to each other. Moreover, an alternative to the genetic differential analysis of complex mammalian diseases is the use of animal models. The availability of inbred animal models closely resembling the human disease is an essential component of genetic investigations in this field, as shown in the results of this work. These findings do not only underscore the utility of the congenic and subcongenic approach in differentially analyzing complex traits, but also show that candidate genes can be identified and that chromosomal exchange can variously influence the phenotype, leading to sub-phenotypes which may be representative for human beings. Furthermore, it will also be possible to locate the syntenic region in the human genome and congenic and subcongenic strains can also be used to study interactions between chromosomal regions and various selected environmental conditions. In this way, it may be possible to learn which region can be influenced by environmental factors and to which extent, an undertaking which will require prospective projects.
The development of the two main types of diabetes mellitus, type 1 and type 2 (T1D, T2D), is closely associated with the formation of reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) in insulin-secreting pancreatic β-cells. In T1D, β-cell death
is triggered by proinflammatory cytokines, which mainly lead to the formation of ROS
in mitochondria and RNS in the cytosol. Pancreatic β-cells are extraordinarily sensitive
to oxidative stress due to their low glutathione peroxidase and catalase expression.
Thus, hydrogen peroxide (H2O2) cannot be detoxified, neither sufficiently, nor rapidly.
H2O2 itself is a rather weakly reactive ROS but can react in the Fenton reaction to form
highly reactive hydroxyl radicals (●OH), that can damage cells in a variety of ways and
induce cell death. The cell and its organelles are bounded by biological membranes
that differ in their permeability to H2O2. Aquaporins (AQPs) are water-transporting
transmembrane proteins, and some isoforms have been shown to facilitate a bidirectional transport of H2O2 across cellular membranes in addition to water. The role of
AQP8 was investigated in an insulin-producing cell model by stably overexpressing
AQP8 (AQP8↑) and by a CRISPR/Cas9-mediated AQP8 knockout. However, AQP8
proved to be an essential protein for the viability of the insulin-producing RINm5F cells, and so we established a tet-on-regulated AQP8 knockdown (AQP8 KD). Our results highlight that AQP8 is involved in H2O2 transport across the plasma and mitochondrial membranes, and that AQP8 expression gets upregulated by proinflammatory cytokines (in vitro) and in an acutely diabetic rat model (in vivo). Furthermore, it was shown that the increased proinflammatory cytokine toxicity is due to enhanced mitochondrial oxidative stress, because H2O2 cannot be efficiently transported in AQP8 KD cells and ●OH
are increasingly generated. Caspase activity then raises, and apoptosis is increasingly
induced coupled with a proportion of ferroptosis-mediated cell death because of a concomitant decrease in nitric oxide (NO●) concentration. In conclusion, AQP8 is localized in the plasma and mitochondrial membrane of insulin-producing RINm5F cells, where it is involved in H2O2 transport. In T1D, AQP8 plays an important role in the transport of H2O2 from the mitochondrial matrix to the cytosol so that the concentration is lowered in the mitochondria. This wider distribution of H2O2 may ease the inactivation of H2O2.
The term diabetes mellitus comprises a group of metabolic diseases all distinguished by their main characteristic hyperglycaemia. With a steadily increasing prevalence diabetes displays an enormous burden for patients and health systems and is therefore of special interest for research. The development of the two main types of diabetes, type 1 and type 2, is closely linked to the formation of reactive species, especially hydrogen peroxide, inside different compartments of pancreatic beta cells. However, these cells are especially vulnerable towards oxidative stress mediated by hydrogen peroxide due to a low expression of antioxidative enzymes.
The main aims of the present thesis were to analyse the intracellular generation and to enable the site-specific detection of hydrogen peroxide to evaluate its role in the delicate equilibrium between redox signalling and oxidative stress under certain pathophysiological conditions, and moreover to monitor its movement through compartments and subcellular membranes of insulin-producing cells. Additionally, a new methodology for an artificial site-specific generation of hydrogen peroxide inside living cells was developed.
Neben dem Langzeitparameter HbA1c steht mit der Glukosevariabilität ein Beurteilungsparameter für die kurzfristige Stoffwechseleinstellung des Patienten zur Verfügung. Mit DIABETIVA bot die ehemalige TAUNUS BKK im Rahmen eines IV-Vertrages einen Beitrag zur Diabetestherapieoptimierung an. Unter Nutzung von Selbstkontrolldaten und kontinuierlichem 72-Stunden-Glukosemonitoring (CGM) konnten mit dem Entscheidungsunterstützungssystem KADIS®Therapieoptionen in-silico entsprechend den DDG-Leitlinien personalisiert simuliert und die abgeleiteten, individuellen Empfehlungen dem behandelnden Arzt zur Verfügung gestellt werden. Ziel der Anwendungsbeobachtung war es, den Einfluss der KADIS®-Anwendung auf die Glukosevariabilität von CGM-Profilen zu prüfen. Zur Quantifizierung der Glukosevariabilität in CGM-Profilen wurden die Parameter mittlere Sensorglukose (MSG), MAGE, Standardabweichung (SD), IQR, Range der Sensorglukose und MODD (MeanOf Daily Differences) sowie die Zeit ober- und unterhalb des Zielbereiches von 3,9–8,9 mmol/l bestimmt. Die über die jeweils drei gemessenen CGM-Einzelprofiltage gemittelten Parameter wurden als Mittelwert±SD bzw. Median (Interquartilbereich) dargestellt. 869 Patienten waren im DIABETIVA-Programm eingeschrieben. Bei 250 Patienten lagen drei auswertbare CGM (Untersuchungsbeginn, nach zwölf und 24 Monaten) und jeweilige KADIS®-Therapieempfehlungen vor. Bei durchgängiger Umsetzung der KADIS®-Empfehlung verminderten sich die MSG nach zwei Jahren von 7,7±1,7 auf 7,3±1,2 mmol/l (p<0,01) und der Range von 7,5±2,9 auf 6,6±2,4 mmol/l (p<0,05), ebenfalls SD (p<0,05), MAGE (p<0,01) und MODD (p<0,05). Daneben verringerten sich die Zeiten im hyperglykämischen (p<0,001) und hypoglykämischen Bereich (p<0,001). Die Vergleichsgruppe, welche die KADIS®-Vorschläge nicht umsetzte, wies in allen Parametern Tendenzen zur Verschlechterung auf, die aber nicht signifikant waren. Bei Umsetzung der KADIS®-basierten Empfehlungen verringerten sich die Glukosevariabilität und die Zeit im hyperglykämischen Bereich bei den Teilnehmern des DIABETIVA-Programms signifikant.
Beim Typ-1 Diabetes handelt es sich um eine multifaktorielle Autoimmunerkrankung, die auf dem Zusammenspiel genetischer, immunologischer und umweltbedingter Faktoren beruht. Hilfreich bei der Identifizierung krankheitsassoziierter Genloci sind diverse Tiermodelle, bei denen durch Kreuzungsstudien kongene Linien mit spontanen Rekombinationen im Bereich diabetes-suszeptibler oder diabetes-resistenter Genloci entstehen. Ein „Produkt“ solcher Kreuzungen ist die homozygote BB.6S m Rattenlinie, die obwohl Träger der diabetogenen Iddm1 und Iddm2 Genloci, nur eine T1D-Inzidenz von 10 % aufwies. Ursache für den diabetes-protektive Effekt war der alleinige chromosomale Austausch des diabetogenen Iddm4 Bereiches auf Chromosomen 6 der BB/OK Ratte durch den einer männlichen, diabetes-resistenten SH Ratte. Innerhalb dieser Arbeit sollten daher folgende Fragestellungen geklärt werden. 1. Ist die Iddm4 vermittelte Reduktion der Diabetesinzidenz auf die Expression eines oder mehrere potentieller diabetes-protektiver Gene zurückzuführen? 2. Wird das T1D Risiko durch den in diesem Bereich liegenden Imprintinglokus Dlk1-Dio3 beeinflusst? Zur Beantwortung dieser Fragen wurde eine zweite kongene Rattenlinie generiert. Die BB.6S f Linie, deren Iddm4 Genlocus von weiblichen SH Ratten abstammte, zeichnete sich wie die BB.6S m durch eine massive Reduktion der T1D Inzidenz aus. Nur 13 % der BB.6S f Ratten entwickelten einen T1D. Bei der Analyse der Expression von Strukturgenen konnten keine einheitlichen Muster zwischen BB.6S m und BB.6S f Ratten im Bezug zu BB/OK Ratten detektiert werden. Erst die Analyse des Expressionsmusters von mikroRNAs, deren Gene im Iddm4 Bereich und hier insbesondere im Dlk1-Dio3 Gencluster lokalisiert sind, ergaben sich Hinweise auf die mikroRNAs mir-337, mir-345 und mir-299 als potenzielle Kandidaten für einen T1D Schutz. Im zweiten Teil der Arbeit sollte geklärt werden, ob die T1D Inzidenz durch genomische Prägung der Gene des Dlk1-Dio3 Imprintingclusters beeinflusst wird: So sind auf dem väterlich vererbten Allel unter anderem die Gene Dlk1, Rtl1 und Dio3 aktiviert, während bei mütterlicher Abstammung Gtl2 und mikroRNAs exprimiert werden. Zur Klärung dieser Fragestellung wurden heterozygote F1 Hybride aus den Kreuzungen (BB/OK x BB.6S m) und (BB.6S m x BB/OK) generiert. Die phänotypischen Daten belegen, dass die heterozygoten Tiere in der Regel eine höhere T1D Inzidenz aufwiesen, die zusätzlich in Abhängigkeit vom Geschlecht der Nachkommen und dem Vererbungsmuster zwischen 21 und 74 % variierte. Generell waren weibliche Nachkommen besser vor einem T1D geschützt als männlichen Nachkommen. Außerdem zeigte sich, dass die T1D Inzidenz niedriger war, wenn das SHR Allels väterlicherseits vererbt wurde. Diese Sachverhalte deuten einerseits auf eine Interaktion des Iddm4 Bereichs von Chromosom 6 mit dem biallelischen X-Chromosom hin. Eine weitere Analyse der Dlk1 Expression belegt, dass es beim Fehlen des paternalen SHR Allels überraschenderweise zu einer biallelischen Expression des Dlk1 Genes kommt. Dieser Effekt ist assoziiert mit dem Verlust der Iddm4 vermittelten T1D Protektion. Die Daten der vorliegenden Arbeit lassen zusammenfassend drei Aussagen zu. I. Es konnte unter Einsatz der beiden kongenen BB.6S Rattenlinien kein Gen identifiziert werden, das den durch den Iddm4 Bereich der SH Ratte vermittelten Diabetesschutz bewirkt. II. Die Diabetesinzidenz wird offensichtlich durch Interaktion zwischen Chromosom 6 und dem biallelischen X-Chromosom beeinflusst. III. Hier konnte erstmals tierexperimentell bestätigt werden, dass die Manifestation eines T1D durch Imprinting geprägt wird.