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Die Identifizierung zellspezifischer und krankheitsassoziierter Mechanismen im abdominellen Aortenaneurysma (AAA) kann zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze beitragen. NADPH-Oxidasen sind die Hauptbildungsorte von reaktiven Sauerstoffspezies in der Gefäßwand. Die NADPH-Oxidase 4 (NOX4) nimmt dabei eine Sonderstellung ein und hat anti-arteriosklerotische Wirkungen. Über die Funktion von NOX4 im AAA ist bisher wenig bekannt.

Die Expression und Funktion von NOX4 wurde in humanen AAA mittels single-cell RNA sequencing und in NOX4-/--Mäusen nach experimenteller Induktion eines AAA untersucht.

Eine erhöhte NOX4-Expression konnte in rupturierten im Vergleich zu elektiv operierten AAA nachgewiesen werden. Mit zunehmenden AAA-Durchmesser nahm die NOX4-mRNA-Expression ab. Das single-cell RNA sequencing zeigte, dass NOX4 hauptsächlich in glatten Muskelzellen, Fibroblasten und Endothelzellen gebildet wird. Die Expression von NOX4 war mit fibrotischen Prozessen assoziiert, während Marker der (Lymph-)Angiogenese reduziert waren. Die genaue Analyse der Endothelzellen ergab zwei Gruppen: venöse und lymphatische Endothelzellen. PROX1, ein Marker für lymphatische Endothelzellen, war immunhistochemisch im AAA nachweisbar. Um die Rolle der Endothelzellen beim AAA näher zu untersuchen, wurden CD31-positive Gefäße gefärbt und in kleine (<8µm) und große (>26µm) Gefäße unterteilt. Die Anzahl der kleinen Gefäße war im Verhältnis zu den großen Gefäßen im AAA erhöht, und die kleinen Gefäße wiesen erhöhte Marker für oxidativen Stress, Entzündung und Eisenüberladung auf. Die NOX4-Expression stieg mit dem Anteil der kleinen Gefäße im AAA. Eine im Rahmen des single-cell RNA sequencing durchgeführte Pseudotime-Analyse zeigte, dass lymphatische Endothelzellen zu Myofibroblasten differenzieren, was mit einer erhöhten Expression von NOX4 einhergeht. Die schädigende Rolle von NOX4 wurde in einem Mausmodell des AAA bestätigt. Der Verlust von NOX4 (NOX4-/-) konnte die Dilatation der Aorta nach experimenteller Induktion des AAA hemmen.

NOX4 fördert die Bildung von AAA in Mäusen. Im humanen AAA war die Expression von NOX4 mit kleinen Gefäßen assoziiert, die wiederum mit oxidativem Stress und Entzündungen in Verbindung gebracht wurden. Darüber hinaus zeigen die Daten eine wichtige Rolle der Fibrosierung und Lymphangiogenese m AAA im späten Stadium der Erkrankung.

Hämostyptika sind blutstillende Materialien, die im Rahmen gefäßchirurgischer Eingriffe regelmäßig verwendet und manchmal in der Wunde belassen oder sogar als Wundauflage genutzt werden. Bisherige Studien haben gezeigt, dass Hämostyptika unterschiedliche Effekte auf den Wundheilungsprozess haben können. In unserer Studie wurde die Auswirkung von Hämostyptika auf die Wundheilung im Mausmodell untersucht.

Bei C57BL/6J Mäusen (n=192) wurden drei Hämostyptika – oxidierte nicht-regenerierte Zellulose (ONRC), oxidierte regenerierte Zellulose (ORC) und ein gelatinbasiertes Hämostyptikum (GELA) – eingesetzt und mit der Kontrollgruppe verglichen. An dem 3., 7., 14. und 30. postoperativen Tag wurden Hautproben entnommen, geschnitten und gefärbt. Mittels Immunhistochemie von Ki67 und Alpha-Smooth-Muskel-Actin (α-SMA) sowie Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) von Interleukin-8 (IL8), Interleukin-10 (IL10), tumor necrosis factor alpha (TNF-α), Fibroblasten Wachstumsfaktor (FGF-2), transformierender Wachstumsfaktor (TGF-ß) und vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF) wurden die Effekte der verschiedenen Hämostyptika analysiert.

Nach 3 und 7 Tagen wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen der untersuchten Gruppen festgestellt.
Nach 14 Tagen wurden keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Proliferation (Ki-67), der Kontraktion (α-SMA) sowie der VEGF- und FGF-2-Expression beobachtet. Die TGF-ß-Expression wurde durch ORC signifikant gehemmt (p=0,047).
Nach 30 Tagen war die Ki-67-Aktivität durch GELA signifikant erhöht (p=0,02), während die α-SMA-Aktivität durch GELA (p=0,038) und ORC ( p=0,032) signifikant gesteigert wurde. Die VEGF-Expression wurde durch GELA (p=0,003) und ORC (p=0,013) signifikant gehemmt, während die TGF-ß-Expression durch ONRC signifikant aktiviert wurde (p=0,02). Für die FGF-2-Aktivität konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen der untersuchten Gruppen gemessen werden.

Unsere Studie zeigt, dass die verwendeten Hämostyptika in den frühen Phasen der postoperativen Wundheilung keinen negativen Einfluss auf die Expression von VEGF, FGF-2 oder α-SMA hatten. Nach 30 Tagen haben sowohl ORC als auch GELA eine positive Wirkung auf die Zellproliferation. Allerdings erhöhte ONRC nach 30 Tagen die TGF-ß-Expression, was zu einer verstärkten pro-fibrotischen Wirkung führen und möglicherweise übermäßige Narbenbildung verursachen kann.

Neben seiner entscheidenden Rolle bei der Aufrechterhaltung der kardiovaskulären Homöostase wurde das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAS) stark mit der Pathogenese von (aortalen) Aneurysmen in Verbindung gebracht. Diese Studie zielt darauf ab, systemische und lokale Konzentrationen von Angiotensin (Ang) und seinen Metaboliten bei Patienten mit arteriellen Aneurysmen, vorwiegend abdominalen Aortenaneurysmen, mittels fortschrittlicher biochemischer Profiling-Techniken zu untersuchen, um neue Einblicke in die Beteiligung des RAS an der Aneurysmaentstehung zu gewinnen.

Eine prospektive, single-center Studie wurde zwischen Oktober 2023 und Juli 2024 durchgeführt. Serumspiegel von Ang-Metaboliten wurden mittels RAS-Fingerprint-Technologie gemessen. Aortengewebeproben wurden auf lokale RAS-Aktivität analysiert, einschließlich Ang-Spiegeln und Enzymaktivität. Zusätzlich wurden bei einer ausgewählten Gruppe von Patienten prä- und postoperative Serumproben entnommen. Insgesamt wurden 37 Aneurysmapatienten und 56 Kontrollpersonen eingeschlossen.

Aneurysmapatienten wiesen im Vergleich zu Kontrollen höhere systemische Spiegel bei nahezu allen Ang-Metaboliten auf, mit signifikanten Unterschieden bei Ang I (p = 0,002), Ang II (p = 0,047), Ang 1–5 (p = 0,004) und Renin (p = 0,014) bei Patienten ohne pharmakologische RAS-Interferenz. Aneurysmapatienten, die ACE-Hemmer erhielten, zeigten niedrigere Serumkonzentrationen bei der ACE2-Aktivität (p = 0,042) und erhöhte Ang-IV-Spiegel (p = 0,049) im Vergleich zu Kontrollen. Postoperative Messungen zeigten unterschiedliche Dynamiken hinsichtlich der Veränderungen der Angiotensin-Metaboliten bei Patienten mit oder ohne ACE-Hemmung.

Diese Studie liefert die erste umfassende Charakterisierung von RAS-Profilen bei Aneurysmapatienten. Diese Ergebnisse tragen zur kumulativen Evidenz bei, die Zusammenhänge zwischen dem RAS und der Pathogenese von arteriellen Aneurysmen betreffen.

Glatte Gefäßmuskelzellen (VSMC) sind der vorherrschende Zelltyp in fortgeschrittenen arteriosklerotischen Läsionen. Unter physiologischen Bedingungen besitzen VSMC kontraktile Eigenschaften, sie unterliegen jedoch einer hohen Plastizität. Unter pathologische Bedingungen erfolgte eine als „phenotypic switch“ bezeichnete De-Differenzierung bzw. Differenzierung. Dedifferenzierte VSMC können einen myofibroblastenähnlichen oder osteochondrogenen Phänotyp aufweisen. NADPH-Oxidasen (NOX) sind die Hauptbildner reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in der Gefäßwand. NOX4 ist die einzige Isoform, die Wasserstoffperoxid (H2O2) bildet und anti-arteriosklerotische Effekte zeigt. Die Funktion von NOX4 beim „phenotypic switch“ in VSMC bei Carotisstenose ist jedoch nicht verstanden.

VSMC wurden aus Plaques von asymptomatischen und symptomatischen Patienten sowie aus Kontrollgewebe isoliert und mit TGF-b1 zu Myofibroblasten differenziert. Dabei erfolgte die Hemmung von NOX4 mittels DPI oder GKT137831 (GKT) und die Bestimmung der Expression von Markern des „phenotypic switch“ sowie der ROS-Bildung.

Die NOX4-mRNA-Expression war nach TGF-b1-Stimulation in Kontroll- (p=0,002) und asymptomatischen Patienten (p=0,001) erhöht. TGF-b1 induzierte die Expression kontraktiler Marker (ACTA2) nur in nicht-arteriosklerotischen Kontrollen (p=0,01), während osteoblastische Marker (SOX9) in Kontrollen und asymptomatischen Patienten erhöht waren (p=0,0005). Die Hemmung von NOX4 durch DPI reduzierte die Expression von kontraktilen, osteoblasten- und myofibroblastenähnlichen Markern in allen Gruppen (p<0,04) und zeigte eine NOX4 Beteiligung an deren Expression. Es gab signifikante Unterschiede in der basalen Proteinexpression von Markern des „phenotypic switch“ zwischen asymptomatischen und symptomatischen Patienten. GKT konnte die H2O2-Freisetzung bei Kontroll- (p=0,01) und asymptomatischen Patienten (p=0,02) hemmen, was unterstreicht, dass NOX4 zur H2O2-Bildung in diesen Zellen beiträgt. Symptomatische Patienten zeigten eine erhöhte Bildung von pro-arteriosklerotischen Superoxid-Radikalen (p=0,02).

NOX4 ist am „phenotypic switch“ der VSMC beteiligt und fördert die Expression kontraktiler Marker. Diese Effekte werden zumindest teilweise durch H2O2 vermittelt und unterscheiden sich deutlich zwischen asymptomatischen und symptomatischen Patienten.

Die akute mesenteriale Ischämie (AMI) ist nach wie vor eine klinisch herausfordernde Erkrankung mit schwieriger Diagnosestellung und hoher Sterblichkeit, insbesondere aufgrund einer häufig verzögerten Diagnose und Komplikationen durch manifeste Darmischämien. Um Patienten möglichst noch vor dem Auftreten etablierter Darmischämien identifizieren zu können, besteht der Bedarf für einen Biomarker mit hohen diagnostischen Wert. Das intestinale Fettsäurebindungsprotein (I-FABP) hat u.U. das Potenzial ein solcher hochspezifischer und sensitiver Markers zu sein, ist jedoch klinisch unzureichend evaluiert.

Prospektive single-center Beobachtungsstudie über einem Zeitraum von 24 Monaten (Beginn 05/24), welche alle Patienten mit dem V.a. eine AMI einschließt. Als Untersuchungsmaterial werden Blutserumproben unmittelbar zum Zeitpunkt der Verdachtsdiagnose sowie zu fünf weiteren postoperativen Zeitpunkten (bis 48h) abgenommen. Die I-FABP Konzentrationen werden mittels ELISA bestimmt. Primärer Endpunkt ist die Korrelation der I-FABP Konzentrationen im Serum mit resektionspflichtigem Darmabschnitten sowie sekundär mit klinischen Endpunkten.

Von den bisher 31 analysierten Patienten verstarben sieben (23%) und bei 16 (55%) musste eine Darmresektion durchgeführt werden. Ein linear gemischtes Modell zeigte, dass sowohl die Krankenhaussterblichkeit (p<0.01) als auch Resektion (p<0.01) sowie deren Interaktion (p=0.02) einen signifikanten Einfluss auf die I-FABP Serumkonzentration hatten. Die Analyse der logarithmierten I-FABP Konzentrationen zeigte, dass Patienten welche später verstarben durchgehend höhere IFABP-Werte aufwiesen (Faktor 2.1). Ebenso war der Biomarker bei Patienten mit Resektion initial erhöht (Faktor 2.6). Die höchste Konzentration wiesen Patienten auf, die sowohl eine Resektion benötigten und im Verlauf verstarben.

Erhöhte I-FABP-Spiegel sind signifikant mit einem schlechteren Outcome wie Darmresektion und Krankenhaussterblichkeit assoziiert. I-FABP könnte somit ein prädiktiver Biomarker zur frühzeitigen Identifikation von Patienten mit manifester mesenterialer Ischämie sein. Die Rekrutierung wird aktuell über einen Zeitraum von weiteren 12 Monaten fortgeführt. Geplant ist eine breitere Patientenrekrutierung sowie die Analyse zusätzlicher Biomarker, um robuste multivariate Modelle zur Risikostratifizierung zu ermöglichen.

Die nichtinvasive Erfassung der Gewebeoxygenierung und Durchblutung während körperlicher Belastung bietet neue Möglichkeiten zur funktionellen Bewertung der Muskelperfusion. Ziel dieser Studie ist es, die hämodynamische Reaktion der Skelettmuskulatur während eines Schwellentests mittels multispektraler optoakustischer Tomographie (MSOT) zu analysieren. Es werden Unterschiede zwischen Ausdauer-, Kraftsportlern, Nichtsportlern und Patient:innen mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit (pAVK) untersucht, wobei insbesondere die intramuskulären Hämoglobin-Parameter im Fokus stehen.

Insgesamt wurden 50 Proband:innen in fünf Gruppen à 10 Personen eingeschlossen: Ausdauersportler, Kraftsportler, Nichtsportler (alle im jungen Erwachsenenalter), pAVK-Patient:innen sowie sportlich aktive Alterskontrollen zu den pAVK-Patient:innen. Alle Teilnehmer:innen durchliefen einen standardisierten Schwellentest auf dem Fahrradergometer. Währenddessen erfolgte eine dynamische MSOT-Messung an der vorderen Oberschenkelmuskulatur zur Erhebung von Oxyhämoglobin (HbO₂), Desoxyhämoglobin (HbR) sowie Gesamthämoglobin (HbT). Die Messungen wurden zu Ruhe, an der anaeroben Schwelle sowie in der Erholungsphase durchgeführt. Die Ergebnisse wurden gruppenbasiert verglichen.

Ausdauersportler zeigten eine signifikant höhere mSO2-Konzentration und raschere Reoxygenierung in der Erholungsphase im Vergleich zu Kraftsportlern und Nichtsportlern. pAVK-Patient:innen wiesen eine deutlich reduzierte mSO2-Antwort sowie verzögerte Reoxygenierung nach Belastung auf. Im Vergleich dazu zeigten gleichaltrige sportliche Probanden ein hämodynamisches Profil, das dem der jungen Ausdauersportler ähnelte.

Die MSOT ermöglicht eine dynamische und differenzierte Erfassung der Muskelperfusion während körperlicher Belastung. Die Ergebnisse belegen deutliche Unterschiede in der hämodynamischen Reaktion zwischen den untersuchten Gruppen und unterstreichen das Potenzial von MSOT als funktionelles Diagnostiktool bei Gefäßerkrankungen wie pAVK sowie zur Trainingssteuerung im Sport. Perspektivisch könnte MSOT somit auch im Rahmen strukturierter Gehtrainingsprogramme als Monitoring-Instrument zur individualisierten Trainingsanpassung bei pAVK eingesetzt werden

Ein Großteil der abdominalen Aortenaneurysmen (AAA) sind von einem intraluminalen Thrombus bedeckt. Bei der Hämolyse der Erythrozyten wird Hämoglobin freigesetzt, was die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) fördert und die Degeneration der Aortenwand begünstigt. Um dem entgegenzuwirken, wird Hämoglobin über den Oberflächenrezeptor CD163 in Makrophagen aufgenommen und durch das anti-oxidative Enzym Hämoxygenase-1 (HO-1) abgebaut. Eine erhöhte Expression von CD163 und HO-1 ist charakteristisch für MHem-Makrophagen, die als atheroprotektiv gelten. Bisher ist nichts über die Funktion der MHem-Makrophagen im AAA bekannt.

Monozyten wurden aus Patienten mit AAA und altersgleichen Kontrollen isoliert, unter Hämin-Stimulation zu MHem-Makrophagen differenziert und die mRNA-Expression von CD163 und HO-1 verglichen. Die Funktion der Makrophagen wurde durch Bestimmung der ROS-Freisetzung, der Phagozytose- und Chemotaxisfähigkeit sowie des Einflusses einer Stimulation mit Erythrozyten zur Simulation der Hämorrhagie in der Aortenwand untersucht.

Die Hämin-Differenzierung führte bei AAA-Patienten und Kontrollen zu einer starken Induktion der HO-1-mRNA-Expression (p<0,0001). Die CD163-mRNA-Expression wurde unter Hämin-Stimulation gesteigert und war in Makrophagen der AAA-Patienten generell höher als in den Kontrollen (beide p=0,02). Bei AAA-Patienten war die Bildung von ROS, auch unter Hämin-Differenzierung, vermindert (p=0,008). Die Hämin-Stimulation führte zu einem Anstieg der Lipidperoxidation in beiden Gruppen (p<0,05). Beides sind Marker für oxidativen Stress. Bei den AAA-Patienten und Kontrollen wurde unter Hämin eine Abnahme der phagozytierenden Zellen beobachtet, die jedoch nur bei den AAA Patienten signifikant war (p=0,02). Die Hämin-Stimulation führte weder bei den Makrophagen der Kontrollen noch bei denen der AAA-Patienten zu einer Veränderung der Chemotaxis, der Fähigkeit Monozyten anzulocken. Bei den AAA-Patienten war die allgemeine Fähigkeit, die Migration von Monozyten zu induzieren, vermindert (p=0,005). Die Stimulation der MHem-Makrophagen mit einem Erythrozytenlysat führte zu keinem weiteren Anstieg der HO-1- und reduzierte die CD163-mRNA-Expression.

Makrophagen von AAA Patienten zeigten eine verstärke Expression von CD163. Zudem weisen MHem-Makrophagen von AAA Patienten eine verminderte Funktionalität auf, was zur Progression des AAA beitragen kann.

Die Endothelzellschicht ist für die Aufrechterhaltung verschiedener Blutgefäßfunktionen unerlässlich. Zu den Hauptrisikofaktoren für eine endotheliale Dysfunktion, die zu Aortenerkrankungen wie einem abdominalen Aortenaneurysma (AAA) und einer Aortendissektion (AD) beitragen, gehören das Rauchen von Zigaretten und Bluthochdruck. Diese Studie untersucht die Auswirkungen von Nikotin (Nic) und Angiotensin II (Ang II) auf menschliche aortale Endothelzellen (HAoECs) auf Transkriptionsebene.

HAoECs wurden mit 100 nM Nic und/oder 100 nM Ang II behandelt. Zur Identifizierung von regulierten Genen wurde nach der Exposition eine RNA-Sequenzierung (RNA-Seq) durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mithilfe von RT-qPCR validiert. Zur Durchführung einer in-silico-Analyse wurde GeneMANIA angewendet. Das Ziel bestand darin potenzielle nachgeschaltete interagierende Gene zu identifizieren, die einen Einfluss auf Entzündungsreaktionen, Zelladhäsion, Endothelzellproliferation sowie auf die Gerinnung haben könnten.

Die RNA-Seq identifizierte eine potenzielle Regulation von LGALS9 (Galectin-9) nach Nic-Exposition. Nachfolgende RT-qPCR-Experimente bestätigten die Regulation auf Transkriptionsebene (p <0,05). In einer anschließenden in-silico-Analyse wurden in verschiedenen Gensätzen potenzielle Gene identifiziert, die mit LGALS9 interagieren. Zu den 100 wichtigsten Genen, die möglicherweise mit LGALS9 interagieren, gehören 18 Gene, die bei Inflammationsreaktionen eine Rolle spielen. Weiterhin waren 28 Gene dabei, die die Zelladhäsion beeinflussen. Es wurden weitere zwei Gene identifiziert, die bei der Zellproliferation von Bedeutung sind. Außerdem wurden sechs Gene erfasst, die die Gerinnung beeinflussen.

Die Nic-Exposition von HAoECs verursacht einen signifikanten Anstieg von LGALS9 auf transkriptioneller Ebene. LGALS9 selbst könnte als Schlüsselregulator für essenzielle Endothelzellprozesse dienen, indem es in verschiedene Signalwege eingreift und somit ein potenziell neues Ziel in der Pathogenese von Aortenpathologien darstellen könnte.