Dissertations / Theses on the topic 'Mikrodialise'

Patienten mit zerebralen Läsionen, wie der aneurysmatischen Subarachnoidalblutung (SAB) und dem schweren Schädel-Hirn-Trauma (SHT), haben ein hohes Risiko für sekundäre Schädigungen des Gehirns aufgrund einer Minderdurchblutung (Ischämie) und einem Sauerstoffmangel (Hypoxie). Bei der SAB ist heutzutage die verlaufsbestimmende Komplikation das Auftreten einer Vasospasmus- assoziierten Ischämie, d.h. einer Minderdurchblutung aufgrund einer Gefäßverengung, die mit einer hohen Langzeitmorbidität mit schweren neurologischen Defiziten und einer hohen Mortalität assoziiert ist. Seit Beginn der 90er Jahre wird bei SAB- und SHT- Patienten das Mikrodialyseverfahren zur Messung des zerebralen Stoffwechsels eingesetzt und steht als Methode auf der Intensivstation seit 1997 zu Verfügung. Hierbei werden mittels einem, in das gefährdete Hirngewebe inserierten Katheter die extrazellulären Konzentrationen verschiedener Parameter gemessen. Patienten mit SAB weisen in Phasen einer klinischen Verschlechterung (z.B. Auftreten einer Lähmung) charakteristische Veränderungen des Hirnstoffwechsels auf. Vergleichsmessungen mit der Positronenemissionstomographie zeigen als mögliche Ursache für einen gestörten Hirnstoffwechsel einen erniedrigten zerebralen Blutfluß. Auch bei einer drohenden Hypoxie (Hirngewebe-PO2 < 10 mmHg) sind bereits metabolische Veränderungen zu beobachten. Die frühzeitige Erkennung und - wenn möglich - Behandlung einer Ischämie / Hypoxie könnte die Prognose von Patienten nach SAB und SHT wesentlich verbessern.<br>Patients with cerebral lesions run a high risk of developing cerebral hypoxic and ischemic damage due to secondary insults. To minimize the risk of secondary cerebral hypoxia and ischemia, new monitoring techniques of cerebral oxygenation and metabolism have been developed and may help to understand the pathophysiology of secondary brain damage for a better treatment and outcome in critical patients. Cerebral microdialysis is a relatively new technique for measuring brain molecules of the extracellular space. The technical aspects, the interpretation of the commonly measured parameters, the use of the commonly used oxygenation parameters (monitoring of brain tissue PO2 and the microdialysis technique to monitor cerebral metabolism) in patients with head injury and subarachnoid hemorrhage are considered. Pitfalls of the techniques and their future potential are discussed.

Serotonin (5-HT) nimmt eine wichtige Rolle in der Regulation von Nahrungsaufnahme ein. Erhöhte 5-HT-Freisetzung hemmt die Nahrungsaufnahme. Der 5-HT1A-Rezeptor liegt sowohl somatodendritisch als auch postsynaptisch vor. Seine Stimulation mit 8-OH-DPAT vermindert die 5-HT-Freisetzung. Die in-vivo-Mikrodialyse ermöglichte uns eine kontinuierliche Messung von extrazellulärem 5-HT im lateralen Hypothalamus an der frei beweglichen Ratte. Unsere Ergebnisse zeigen einen Abfall der 5-HT-Freisetzung bei satten Ratten, nicht jedoch wenn diesen nach Substanzgabe Futter angeboten wurde. Bei hungrigen Ratten war nach Substanzgabe keine signifikante Veränderung in der 5-HT-Freisetzung zu messen. Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Studie erstmals die Wirkung von 8-OH-DPAT auf die 5-HT-Freisetzung im LHA in Abhängigkeit von unterschiedlichen Motivationszuständen in Verbindung mit Nahrungsaufnahme gezeigt.<br>Serotonin (5-HT) is an important mediator of satiety. Increase of 5-HT release inhibits food intake. 8-OH-DPAT, an agonist at the somatodendritic 5-HT1A autoreceptor, reduces serotonergic activity and induces food intake. With the technique of in vivo microdialysis we were able to measure continuously extracellular 5-HT in the lateral hypothalamic area (LHA) in freely moving rats under different feeding conditions. The present results show a decrease of 5-HT release in freely feeding rats after administration of 8-OH-DPAT. This effect was not obtained when offering food after drug application. In contrast, no significant effect in 5-HT release after application of 8-OH-DPAT in food deprived rats was measured. In summery this study demonstrates the effect of 8-OH-DPAT on the 5-HT release in LHA of freely moving rat depending on the different feeding conditions.

Calcitriol [1α,25(OH)2D3], the hormonally active form of vitamin D3 (D3) is produced in both renal and extrarenal tissues. Our findings demonstrate that physiological doses of UVB radiation at 300 nm induce the conversion of 7-dehydrocholesterol (7-DHC) via preD3 and D3 into calcitriol in the pmol range in epidermal keratinocytes. The hydroxylation of photosynthesized D3 to calcitriol is strongly suppressed by ketoconazole, a known inhibitor of cytochrome P450 mixed function oxidases. The UVB-induced formation of calcitriol in human skin is demonstrable in vivo by the microdialysis technique. These results suggest that human skin is an autonomous source of hormonally active calcitriol<br>Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich

The different strategies of tissue engineering for functional reconstruction of critical-size bone defects require a thorough knowledge of physiological mechanisms of bone repair. Bone healing is a complex process affected by various mediators. Several investigations have studied the gene expression 1 to 3 days after an acute or experimental fracture. Little is known about the humoral and cellular in vivo reaction in the early stages of bone healing. In contrast to other methods of molecule sampling and detection, which usually lead to the inhibition of the biological activity following complex sample preparation and quantification, microdialysis is a real-time monitoring technique which can be applied in living tissues providing a strong link between analytical methodology and biochemistry. In this study, the optimal conditions for microdialysis in a critical size rat long bone defect model for both in vivo and in vitro analyses were developed. Mediators and components of the extracellular matrix occurring in the first 24 to 48 hours of bone healing locally and systemically were monitored via microdialysis and blood sampling, respectively. Furthermore, novel proteins and their modulation were explored during this time frame. In vitro microdialysis was used to optimize the condition for protein recovery. Addition of bovine serum albumin (BSA) resulted in an enhanced recovery of interleukin (IL)-6. The maximal relative recovery (RR) was from 15.0% without BSA and 23.6% with BSA, while the maximal RR of transforming growth factor (TGF)-β1 was 11.2% with BSA and the concentration of TGF-β1 was below the detection limit of enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) without BSA. Using in vivo microdialysis, total protein concentrations varied between 0.20±0.12 mg/mL and 0.44±0.18 mg/mL. Among the mediators produced in the fracture hematoma within 24 h after the injury, IL-6 was secreted with the highest concentration of 309.1 pg/mL between 12 and 15 h after creation of the critical size bone defect. Meanwhile, the detectable concentrations of TGF-β1 in microdialysates ranged from 3.6 to 44.0 pg/mL and in blood plasma TGF-β1 was constantly producted ranging from 656.3 to 8398.2 pg/mL for 24 h after bone defct. Moreover, another constant producted growth factor in blood plasma was PDGF-BB and the concentration ranged from 222.1 to 589.4 pg/mL for 8 h after bone defect. Using high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS), 36 proteins were identified in the microdialysates over 8 h, and 884 proteins were identified on probes which were implanted into the bone defect over 24 h. Among the proteins identified in the hematoma, only a minority originated from the extracellular space. Protein analysis indicated five pathways associated with bone healing that were overrepresented after creating soft tissue and bone defects, of which FGF signaling was specific for bone defects. Furthermore, C-X-C motif ligands CXCL-1, CXCL-2, CXCL-3, CXCL-4, CXCL-5, CXCL-7, rodent bone protein (RoBo-1), insulin-like growth factor (IGF)-I, and chitinase-3-like protein 1 were detected in the fracture hematoma. These proteins are potentially associated to early bone healing. As seen by histological analysis, polymorphonuclear leukocytes (PMNs) and lymphocytes penetrated into the fracture hematoma immediately after surgery and peaked at 24 h. This study for the first time presents data from both the local and systemic acute response to bone and soft tissue injury in a small animal model. The results of mcrodialysis sampling may serve as a baseline for future investigations on different models and time frames. Several proteins and pathways have been identifeid as potentially important for early bone regeneration warranting in depth analysis in further studies<br>Zur Entwicklung neuer Strategien der Geweberegenerierung in kritischen Knochendefekten, die sich durch Selbstheilungsprozesse nicht schließen, ist das Verständnis der beteiligten physiologischen Prozesse essentiell. Der Wiederaufbau von Gewebe, wie etwa während Knochenheilungsprozesse ist komplex reguliert und erfordert das koordinierte Zusammenspiel einer Vielzahl von Zellen und Mediatoren. Obwohl bereits in zahlreichen Studien die Veränderungen in der Genexpression in den ersten 3 Tagen nach einer akuten oder experimentell induzierten Fraktur untersucht wurden, ist noch immer wenig über die zellulären und humoralen Vorgänge in den frühen Phasen der Knochenheilung in vivo bekannt. Gebräuchliche Analysemethoden erfordern komplexe Verfahren zur Probenentnahme und Nachweisreaktionen währenddessen die biologische Aktivität der untersuchten Mediatoren häufig graduell verloren geht. Die Mikrodialyse hingegen kann in Echtzeit am lebenden Objekt und am Ort der Verletzung durchgeführt werden und bildet somit eine erfolgsversprechende Plattform um die Probengewinnung noch enger mit der anschließenden biochemischen Nachweistechnik zu verbinden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die optimalen Konditionen zur Mikrodialyse erstmals an einem kritischen Defektmodell eines Ratten-Röhrenknochens zur in vivo und in vitro Applikation ermittelt. Dazu wurde das Vorkommen verschiedener Komponenten der extrazellulären Matrix und ausgewählter Mediatoren während der ersten 24 bis 48 Stunden der Knochenheilung überwacht. Neben der durch Mikrodialyse gewonnenen Proben wurden auch Blutproben verarbeitet um sowohl die lokale, als auch systemische Konzentration der untersuchten Proteine zu erfassen. Durch eine Proteomanalyse konnten zudem bislang in diesem Prozess unbekannte Moleküle identifiziert und verfolgt werden. Zur Optimierung der Mikrodialyse wurden zunächst die Bedingungen hinsichtlich der Proteinrückgewinnung verbessert. Durch den Zusatz von Rinderserumalbumin (BSA) konnte die Rückgewinnung von Interleukin (IL)-6 erhöht werden. Die maximale relative Rückgewinnung (RR) konnte von 15.0% ohne BSA auf 23.6% mit BSA gesteigert werden. Noch dramatischer war dieser Effekt für den transforming growth factor (TGF)-β1 von dessen eingesetzter Menge in vitro 11.2% detektiert werden konnte, während in der BSA-freien Dialyselösung kein TGF-β1 nachgewiesen wurde. Die RR blieb stets unter der Detektionsgrenze des verwendeten enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). In vivo-Dialysate enthielten totale Proteinkonzentrationen zwischen 0,20±0,12 mg/mL und 0,44±0,18 mg/mL. Von den innerhalb von 24 h nach Verletzung im Frakturhämatom produzierten Mediatoren wurde IL-6 am stärksten exprimiert. Die höchsten Konzentrationen (309,1pg/mL) konnten hierfür nach 12 bis 15 Stunden nach Einführung des Defekts gemessen werden. Die Konzentrationslevel von TGF-β1 hingegegen betrug nur 3,6 bis 44,0 pg/mL.Mittels high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS), konnten 36 Proteine in den über 8 Stunden gewonnenen Mikrodialysaten, und 884 Proteine von Explantaten, die 24 h im Knochendefekt integriert waren, identifiziert werden. Von den im Frakturhämatom identifizierten Proteinen war nur eine Minderheit extrazellulären Ursprungs. Durch die Proteomanalyse konnten fünf Signalwegskaskaden identifiziert werden. Von diesen trat „FGF (fibroblast growth factor) signaling“ ausschließlich in Knochendefekten, nicht jedoch in den zur Kontrolle mitgeführten reinen Weichgewebedefekten auf. Im Frakturhämatom konnten die, C-X-C motif-Liganden CXCL-1, CXCL-2,CXCL-3, CXCL-4, CXCL-5, CXCL-7, rodent bone protein (RoBo-1), insulin-like growth factor (IGF)-I, und das chitinase-3-like protein 1 nachgewiesen werden. Die identifizierten Proteine könnten von Bedeutung für die Steuerung früher Knochenheilungsprozesse sein. Histologische Untersuchungen zeigten, dass polymorphkernige Leukozyten (PMNs) und Lymphozyten sofort nach der Operation in das Frakturhämatom einwandern und ihre Anzahl nach etwa 24 h ihr Maximum erreicht. Diese Studie präsentiert erstmals Daten der lokal und systemisch ablaufenden zellulären und humoralen Vorgänge als Antwort auf einen Weichgewebs-bzw. Knochendefekt in einem Nagetier-Kleintiermodell. Die Mikrodialyse-Resultate stellen eine vielversprechende Grundlage für zukünftige Untersuchungen in anderen Modellen dar. Außerdem bilden die hier identifizierten Proteine und Signalwege eine Gruppe potenter Kandidaten für weiterführende Untersuchungen zur Knochenregeration

Der Schlaganfall steht hinter den Herz- und Tumor-Erkrankungen an dritter Stelle aller Todesursachen. Der wichtigste Faktor für die Vermeidung dauerhafter Invalidität und die Wiederherstellung maximaler Lebensqualität ist die Verhinderung von sekundären Komplikationen. Dabei stellt die Infarktprogression eine der schwerwiegendsten Komplikationen dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte bei insgesamt 45 Patienten mit einem malignen Schlaganfall mittels serieller MRT-Aufnahmen bestimmt werden, ob eine Infarktprogression vorlag. Ein Schwerpunkt der Arbeit war es, die hämodynamische Antwort und die zeitliche und räumliche Ausbreitung von Spreading Depolarizationen (CSD) im Periinfarktgewebe von Patienten mit malignem Schlaganfall zu untersuchen. In dieser Studie konnte zum ersten Mal die zeitliche und räumliche Ausbreitung von CSDs und deren hämodynamische Kopplung am humanen Kortex gezeigt werden. In einer zweiten Substudie wurden mit Hilfe der zerebralen Mikrodialyse die Konzentrationen von Glutamat, Glukose, Laktat und Pyruvat im Periinfarktgewebe bestimmt. Damit sollte im Besonderen geklärt werden, ob es Unterschiede in den Konzentrationen bei Patienten mit Infarktprogression zu Patienten ohne Infarktprogression gibt. Zusammenfassend war ein bemerkenswerter Anteil von verzögerter Infarktprogression nach Dekompression bei Patienten mit malignem Schlaganfall assoziiert mit veränderten biochemischen Markern innerhalb der Periinfarktregion. Des Weiteren wurde untersucht, inwiefern CSDs mit einer veränderten Konzentration von Glutamat, Glukose, Laktat und Pyruvat einhergeht. Hierzu wurde eine Korrelation zwischen CSDs und den Mikrodialysekonzentrationen von Glutamat, Glukose, Laktat und Pyruvat erstellt.<br>Stroke is the third leading cause of death. The most important factor in preventing permanent disability and recovering quality of life is the prevention of secondary complications. Infarct progression is one of the most serious complications after stroke. In the present study we determined by volumetric analysis from serial magnetic resonance imaging in 45 patients with malignant hemispheric stroke whether an infarct progression was present or not. The next aim was to investigate the hemodynamic response pattern and spatiotemporal propagation of cortical spreading depolarization (CSD) in the peri-infarct region of malignant hemispheric stroke. For the first time, intraoperatively the spatiotemporal propagation of CSDs and their hemodynamic coupling in the human cerebral cortex was visualized. In a second study, the levels of glutamate, glucose, lactate and pyruvate in the peri-infarct region using cerebral microdialysis in patients with malignant stroke were investigated. In particular, it was necessary to clarify whether there are differences in the metabolic changes are associated with delayed infarct progression. In summary, we observed a notable proportion of delayed infarct progression after decompressive surgery in patients with malignant hemispheric stroke associated with a disarrangement of biochemical markers within the peri-infarct region. Furthermore I investigated how CSDs are associated with metabolic changes. For this, a correlation between CSD and the concentrations of glutamate, glucose, lactate and pyruvate was prepared.

Calcitriol [1α,25(OH)2D3], the hormonally active form of vitamin D3 (D3) is produced in both renal and extrarenal tissues. Our findings demonstrate that physiological doses of UVB radiation at 300 nm induce the conversion of 7-dehydrocholesterol (7-DHC) via preD3 and D3 into calcitriol in the pmol range in epidermal keratinocytes. The hydroxylation of photosynthesized D3 to calcitriol is strongly suppressed by ketoconazole, a known inhibitor of cytochrome P450 mixed function oxidases. The UVB-induced formation of calcitriol in human skin is demonstrable in vivo by the microdialysis technique. These results suggest that human skin is an autonomous source of hormonally active calcitriol.<br>Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Bone healing involves a variety of different cell types and biological processes. Although certain key molecules have been identified, the molecular interactions of the healing progress are not completely understood. Moreover, a clinical routine for predicting the quality of bone healing after a fracture in an early phase is missing. This is mainly due to a lack of techniques to comprehensively screen for cytokines, growth factors and metabolites at their local site of action. Since all soluble molecules of interest are present in the fracture hematoma, its in-depth assessment could reveal potential markers for the monitoring of bone healing. Here, we describe an approach for sampling and quantification of cytokines and metabolites by using microdialysis, combined with solid phase extractions of proteins from wound fluids. By using a control group with an isolated soft tissue wound, we could reveal several bone defect-specific molecular features. In bone defect dialysates the neutrophil chemoattractants CXCL1, CXCL2 and CXCL3 were quantified with either a higher or earlier response compared to dialysate from soft tissue wound. Moreover, by analyzing downstream adaptions of the cells on protein level and focusing on early immune response, several proteins involved in the immune cell migration and activity could be identified to be specific for the bone defect group, e.g. immune modulators, proteases and their corresponding inhibitors. Additionally, the metabolite screening revealed different profiles between the bone defect group and the control group. In summary, we identified potential biomarkers to indicate imbalanced healing progress on all levels of analysis.

Bone healing involves a variety of different cell types and biological processes. Although certain key molecules have been identified, the molecular interactions of the healing progress are not completely understood. Moreover, a clinical routine for predicting the quality of bone healing after a fracture in an early phase is missing. This is mainly due to a lack of techniques to comprehensively screen for cytokines, growth factors and metabolites at their local site of action. Since all soluble molecules of interest are present in the fracture hematoma, its in-depth assessment could reveal potential markers for the monitoring of bone healing. Here, we describe an approach for sampling and quantification of cytokines and metabolites by using microdialysis, combined with solid phase extractions of proteins from wound fluids. By using a control group with an isolated soft tissue wound, we could reveal several bone defect-specific molecular features. In bone defect dialysates the neutrophil chemoattractants CXCL1, CXCL2 and CXCL3 were quantified with either a higher or earlier response compared to dialysate from soft tissue wound. Moreover, by analyzing downstream adaptions of the cells on protein level and focusing on early immune response, several proteins involved in the immune cell migration and activity could be identified to be specific for the bone defect group, e.g. immune modulators, proteases and their corresponding inhibitors. Additionally, the metabolite screening revealed different profiles between the bone defect group and the control group. In summary, we identified potential biomarkers to indicate imbalanced healing progress on all levels of analysis.

Wir nahmen an, dass nach intramuskulärer Injektion von Koffein und Halothan in Schweinen mit Veranlagung (MHS) und ohne Verlangung (MHN) für eine maligne Hyperthermie, es zu einem dosisabhängigen intramuskulären Laktatanstieg kommt. Des weiteren ist die Ausdehnung des dadurch ausgelösten Hypermetabolismus nur auf ein kleines Areral um die Injektionsstelle begrenzt. Eine systemische MH-Krise wird nicht ausgelöst. Mikrodialysesonden wurden in die Hinterläufe von 7 MHN und 7 MHS Schweinen platziert und mit Ringerlösung perfundiert. Nach Einstellen eines Gleichgewichtes wurden Boli von Halothan und Koffein in aufsteigenden Konzentrationen in den Muskel appliziert. Für den zweiten Versuchsansatz, die regionale Ausbreitung betreffend, wurden wiederum Mikrodialysesonden im Abstand von 10 mm und 25 mm zum Injektionsort platziert. Das Laktat wurde photospektrometrisch im Dialysat gemessen. Durch intramuskuläre Halothan- und Koffeinapplikation kommt es zu einer dosisabhänigen Erhöhung der intramuskulären Laktatkonzentration mehr beim MHS als MHN-Tieren mit signifikantem Unterschied. Laktaterhöhungen fanden sich darüber hinaus nur an der Injektionsstelle der Trigger- substanzen, nicht jedoch in 10 und 25 mm Entfernung davon. Somit ist der Anstieg der lokalen Laktatkonzentration im Muskel nur auf ein kleines Areal um die Injektionsstelle begrenzt<br>We hypothesized that IM halothan and caffein injection increases lokal lactat concentration dose-dependently in malignant hyperthermia susceptible (MHS) und non-susceptible (MHN) pigs and that the hypermetabolic reaction measured by regional distribution of lactat is limited to a small area around the injection side. Microdialysis probes were placed in the hindlimbs of 7 MHS and 7 MHN pigs and perfused with Ringers solution. After equilibration, boluses of increasing halothan and caffein concentrations were injected. For the second hypothesis regarding regional distribution, microdialysis probes were positioned in 7 MHS and 6 MHN pigs at the injection site for halothan and caffein and at a distance of 10 mm and 25 mm. Lactat were measured in the dialysate by spectrophotometry.Halothane and caffeine increased IM lactat dose-dependently in MHS significantly more than in MHN pigs. Lactat was increased only at the infection site but not at 10 mm and 25 mm distance. The increase of lactat after lokal MH trigger injection is limited to a small area around the probe

Die Maligne Hyperthermie (MH) ist eine erbliche Myopathie, die bei prädisponierten Patienten durch Anwendung volatiler Anästhetika sowie depolarisierender Muskelrelaxanzien bei Narkosen verursacht wird. Die klinische Symptomatik umfasst einen Anstieg des endexspiratorischen Kohlendioxidpartialdrucks, metabolische Azidose und Hyperthermie. Dieser Prozess wird durch einen abnorm erhöhten Einstrom von Kalzium aus dem sarkoplasmatischen Retikulum in das Zytoplasma ausgelöst, welcher durch eine Mutation im Ryanodinrezeptor der Skelettmuskulatur bedingt ist. Der Goldstandard für die Diagnostik einer MH-Veranlagung ist der Koffein-Halothan-In-vitro-Kontrakturtest. Eine Alternative zu diesem operativen Eingriff stellt der minimal-invasive Test dar. Untersucht wurde, ob der intramuskuläre Laktatspiegel durch eine lokale Applikation der Triggersubstanzen Halothan 6 Vol%, Koffein 80 mM und Halothan 4 Vol% in Abhängigkeit von der MH-Prädisposition gesteigert wird. Ziel der Studie war es zu überprüfen, ob dies eine Differenzierung zwischen MHS- und MHN-Individuen ermöglicht. Da Halothan in naher Zukunft kommerziell nicht mehr erhältlich sein könnte, wurde Sevofluran als neueres Inhalationsanästhetikum im Tierversuch in unterschiedlichen Konzentrationen intramuskulär appliziert um zu testen, ob sich der Laktatwert in Abhängigkeit von der MH-Veranlagung verändert und eine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Tieren erlaubt. Ziel war es, die erhobenen Daten auf eine mögliche Dosis-Wirkungs-Beziehung zu untersuchen. In der Probandenstudie wurden bei 23 Freiwilligen (neun MHS-Patienten, sieben MHN-Patienten, sieben Kontrollpersonen) über Venenverweilkatheter Mikrodialysesonden mit Zuspritzschläuchen in den M. vastus lateralis eingeführt. An die Spitze der Messsonden wurden nach einer Äquilibrierungsphase die Triggersubstanzen Halothan 6 Vol% (nur in der Kontrollgruppe), Halothan 4 Vol% und Koffein 80 mM lokal als Bolus von 200 µl über Zuspritzschläuche appliziert und die resultierenden intramuskulären Laktatveränderungen im Dialysat photospektrometrisch gemessen. Sowohl nach Stimulation mit Koffein als auch mit Halothan 4 Vol% zeigten sich Maximalwerte der Laktatkonzentrationen bei MHS-Patienten, die sich als signifikant höher als die der MHN- und Kontrollgruppe erwiesen. In der Kontrollgruppe wurde eine zusätzliche Messung mit einer Konzentration von Halothan 6 Vol% durchgeführt. Bei den Messungen wurden Werte erreicht, die für MHS-Patienten typisch sind. Im Tiermodell wurden bei gleichem Versuchsaufbau Messsonden in den Adduktorenmuskeln der Hinterläufe von neun MHS- und sechs MHN-Pietrain-Schweinen platziert. Als Triggersubstanz wurde Sevofluran in den Konzentrationen 3%, 7,5%, 15% und 28 Vol% gelöst in Sojabohnenöl als Bolus von 100 µl appliziert. Die Laktat- und Pyruvatwerte sowie die Laktat-Pyruvat-Quotienten stiegen dosisabhängig an. Es war ein signifikanter Unterschied zwischen den Maximalwerten der MHS- und MHN-Tiere nachweisbar. Die Vitalparameter wurden in beiden Versuchen kontinuierlich überwacht und metabolische Parameter vor und nach den Untersuchungen bestimmt. Es traten weder bei den untersuchten Probanden noch bei den Versuchstieren signifikante systemische oder lokale Nebenwirkungen auf. Wie schon vorhergehende Untersuchungen belegen diese beiden Studien, dass die intramuskuläre Stimulation mit MH-Triggersubstanzen zu einer Veränderung der lokalen Stoffwechselvorgänge mit signifikantem Laktatanstieg führt, welche bei MH-Prädisponierten stärker ausgeprägt ist als bei Gesunden. Koffein 80 mM und Halothan 4 Vol% ermöglichen eine sehr gute Differenzierung zwischen MHS- und MHN-Probanden. Eine zu hohe Konzentration an Triggersubstanz (Halothan 6 Vol%) ruft auch in nicht-veranlagten Patienten eine lokale, MH-ähnliche Reaktion hervor. In diesem Fall kann keine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Individuen auf der Grundlage der Stoffwechselvorgänge getroffen werden. Bei der intramuskulären Applikation von Sevofluran ist eine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Tieren über die resultierende Laktatkonzentration wiederum zu erreichen, so dass Sevofluran im Rahmen des Versuchsprotokolls als Ersatz für Halothan geeignet ist. Es ergibt sich eine klassische Dosis-Wirkungs-Beziehung für diese Substanz. Die von uns erhobenen Daten zeigen, dass mittels des im Rahmen dieser Arbeit eingesetzten Untersuchungsverfahrens eine zuverlässige Diagnostik einer MH-Veranlagung möglich ist. Das minimal-invasive Testverfahren könnte in naher Zukunft die heutige MH-Diagnostik ergänzen<br>Malignant hyperthermia (MH) is an autosomal dominant inherited myopathy triggered by volatile anesthetics and/or depolarizing muscle relaxants. It is caused by an abnormal intracellular calcium release mediated via the ryanodine receptor, leading to a potentially lethal hypermetabolic syndrome with a massive increase of carbon dioxide, metabolic failure and heat production. The standard procedure for diagnosing MH susceptibility is the halothane-caffeine-contracture test which requires an invasive muscle biopsy. Therefore an alternative test, which is less invasive, is needed. We hypothesized that intramuscular injection of halothane 6 vol%, caffeine 80 mM and halothane 4 vol % would increase local lactate concentrations in individuals susceptible to MH (MHS) but not in those who are not susceptible (MHN) or healthy. Due to the probable lack of availability of halothane in the near future, we conducted the same experiments using sevoflurane. We proposed that local intramuscular injection of sevoflurane increases the lactate concentration dose-dependently in MH-susceptible pigs more than in MH-nonsusceptible pigs and allows a differentiation between these two groups. Microdialysis probes with attached microtubing catheters were placed in the lateral vastus muscle in nine MHS, seven MHN and seven control participants. After equilibration, 200 µl of halothane 6 vol% (only in controls), halothane 4 vol% , both dissolved in soybean oil, and 200 µl of caffeine 80 mM were injected as single boli into the tip of the microdialysis probe and the resulting lactate-increase was measured spectrophotometrically. Lactate increased significantly in MHS participants compared to MHN and control individuals after injection with caffeine and halothane 4 vol%. However, control participants showed relevant increases of lactate after injection of halothane 6 vol% comparable with the reaction of MHS patients. In a second series of investigations, microdialysis probes were inserted into the hindlimbs of nine MHS- and six MHN-Pietrain pigs. We used 100 µl of Sevoflurane 3%, 7.5%, 15% and 28 Vol% dissolved in soybean oil as a trigger substance. A dose-dependent response for lactate and the lactate/pyruvate ratio was observed only in MHS individuals. Systemic hemodynamic und metabolic parameters were monitored throughout both experiments. There were no significant side effects in humans or pigs. The results demonstrate that intramuscular injection of caffeine, halothane and sevoflurane induces a hypermetabolic reaction in skeletal muscle which can be measured by an increase of local lactate concentration. Sevoflurane can be used as a suitable replacement for halothane in the minimally invasive metabolic test. The findings of this study allow a differentiation of MHS and MHN individuals by measuring the local lactate concentration after application of a defined dose of a trigger substance. Thus, our minimally invasive test could be used to supplement routine testing for MH-susceptibility

Die Maligne Hyperthermie ist eine latente metabolische Myopathie, die durch Exposition mit volatilen Anästhetika oder depolarisierenden Muskelrelaxantien in disponierten Individuen zu einem potentiell lebensbedrohlichen hypermetabolen Syndrom der Skelettmuskulatur führen kann. Dieser Zustand basiert auf einer unkontrollierten sarkoplasmatischen Kalziumfreisetzung über funktionell veränderte Ryanodinrezeptoren. Die klinische Symptomatik umfasst einen Anstieg des Kohlendioxidpartialdrucks und der Körperkerntemperatur sowie eine Tachykardie, Laktatazidose und Muskelspasmen. Zur Diagnostik einer MH-Veranlagung stellt der In-Vitro-Kontrakturtest bis heute das einzige verlässliche diagnostische Verfahren dar. Der in dieser Studie untersuchte metabolische Test bietet aufgrund seiner minimalen Invasivität und seinem geringeren zeitlichen bzw. kostenintensiven Aufwand relevante Vorteile gegenüber dem In-Vitro-Kontrakturtest. In dieser Studie wurde untersucht, ob unter Einsatz der MAB 7 Mikrodialysesonden mit integriertem Zuspritzkatheter der intramuskuläre Laktatspiegel durch lokale Applikation von Halothan 4 Vol% und Koffein 80 mM gesteigert werden kann und somit eine Differenzierung zwischen MHS- und MHN-Individuen möglich ist. Mit Genehmigung der örtlichen Ethikkommission wurden bei 7 MHS-, 9 MHN-, 7 MHN-Neuro- und 7 Kontrollprobanden je vier Mikrodialysesonden im Musculus vastus lateralis platziert. Nach 20-minütiger Äquilibrierungszeit wurden über je 2 Sonden 200 µl Koffein 80 mM bzw. 200 µl Halothan gelöst in Sojabohnenöl mit einer Flussgeschwindigkeit von 70 µl/min injiziert und die Laktatkonzentration im Dialysat spektrophotometrisch gemessen. Sowohl nach Stimulation mit Halothan 4 Vol% als auch Koffein 80 mM kam es in der MHS-Gruppe zu einem signifikanten Anstieg der Laktatkonzentrationen im Vergleich zu allen drei anderen Probandengruppen. Ebenso waren die erreichten Maximalwerte der MHS-Probanden signifikant höher verglichen mit denen der MHN-, MHN-Neuro- und Kontrollgruppen. Als Zeichen der stärker abgelaufenen Stoffwechselreaktion waren die Kreatinkinase und die VAS-Werte nach Triggerapplikation in der MHS-Gruppe signifikant erhöht. Systemische hämodynamische und metabolische Parameter blieben bei allen vier Probandengruppen im Normbereich. Wie schon in vorangegangenen Untersuchungen gezeigt, belegt diese Studie, dass die intramuskuläre Stimulation mit MH-Triggersubstanzen zu einer Aktivierung der lokalen Stoffwechselvorgänge führt mit einem signifikanten Laktatanstieg in MH-disponierten Individuen. Die gewählten Triggerkonzentrationen von Halothan 4 Vol% und Koffein 80 mM ermöglichten eine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Probanden. Es kam jedoch bei drei nicht MH-veranlagten Probanden zu einem falsch-positiven Ergebnis. Die erstmalig eingesetzten MAB 7 Mikrodialysesonden mit integriertem Zuspritzkatheter zeigten konstante relative Recovery-Werte unter den jeweiligen Flussgeschwindigkeiten. Die Einführung dieser Sonden stellt einen weiteren Schritt zur Vereinfachung und Standardisierung des Verfahrens dar. Durch weitere methodische Untersuchungen mit variierenden Parametern wie Trigger-konzentration, Menge und Applikationsintervall scheint es möglich, noch eindeutigere Grenzen zur sicheren Unterscheidung zwischen MHS und MHN ziehen zu können. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass die Entwicklung des minimal-invasiven Testverfahrens eine für die Zukunft vielversprechende klinische Grundlage zur Diagnostik einer MH-Veranlagung darstellt<br>Malignant hyperthermia (MH) is a potentially lethal hypermetabolic syndrome which develops in predisposed individuals after exposure to trigger substances: depolarizing neuromuscular blocking agents and volatile anesthetics. In skeletal muscles of MH susceptible (MHS) individuals, a mutated ryanodine receptor leads to an intracellular Ca2+ release. This alters mitochondrial energy turnover resulting in a significant increase in oxygen consumption and an overwhelming production of carbon dioxide and heat. The breakdown of the cellular homeostasis leads to lactic acidosis and rhabdomyolyis. At the moment, the standard testing to diagnose a MH susceptibility is the in-vitro contracture test (IVCT), which requires an invasive open muscle biopsy. We hypothesized that intramuscular injection of halothane 4 vol% and caffeine 80 mM using standardised microdialyse probes MAB 7 would increase local lactate concentrations in individuals susceptible to MH (MHS) but not in those who are not susceptible (MHN) or healthy control individuals. Furthermore we examined how MHN individuals (MHN-Neuro) with elevated creatine kinase (CK) levels behave in the minimally invasive, metabolic test. Custom made microdialysis probes (MAB7, Microbiotec, Stockholm, Sweden) including an attached microtubing that ended in the middle of the microdialysis membrane were inserted in the lateral vastus muscle in 7 MHS, 9MHN, 7MHN-Neuro and 7 control individuals. After equilibration, 200 µl halothane 4 vol% and 200 µl caffeine 80 mM were injected to the tip of each probe with an injection rate of 70µl/min and the lactate concentrations of the dialysate samples were measured spectrophotometrically. Moreover microdialysis was performed to verify the relative recovery of the MAB 7 microdialysis probes. Lactate and CK increased significantly in MHS probands compared to MHN, MHN-Neuro and control individuals after injection of caffeine 80mM and halothane 4 vol%. 3 MHN-Neuro probands showed a relevant increase of lactate after injection of halothane 4 vol% comparable to the reaction of MHS patients. Stable relative recovery was observed. The results demonstrate that a differentiation between MHS and MHN individuals using the standardised microdialyse probe MAB 7 is possible. It is a further step to standardisation and simplification of the metabolic test. Concerning the MHN-Neuro probands, the muscle metabolism is more sensitive compared to MHN individuals without elevated CK levels. It supports various guidelines to abstain from classic MH trigger substances succinylcholin and volatile anesthetics in patients with known or suspected myopathies

Die Maligne Hyperthermie ist eine autosomal-dominant vererbbare Erkrankung, die sich klinisch unter Allgemeinnarkose mit einem erhöhten Metabolismus, Azidose, Muskelrigidität und Hyperthermie manifestiert. Als Pathogenese wird eine Dysregulation der intrazellulären Kalziumhomöostase angenommen. Ihre Prävalenz in der Bevölkerung wird auf 1:10’000 bis 1:20’000 geschätzt, ihre Mortalitätsrate beträgt 5-10 %. Gegenwärtig stellt der in vitro-Kontrakturtest mit Halothan und Koffein die einzige Möglichkeit zur präsymptomatischen Diagnose der MH dar. Vorliegender Arbeit liegt die These zugrunde, daß mithilfe von durch MD-Sonden applizierten Substanzen eine lokale MH-Reaktion im Skelettmuskel ausgelöst und deren Eintreten anhand einer Analyse des Laktatwerts diagnostiziert werden kann. Die bislang für die Koffeinstimulation entwickelte Methode wurde modifiziert, um eine Akzeleration der Versuchsdauer bei maximaler Stimulation der Laktatproduktion durch Koffein zu erreichen. Es wurden 43 Ratten der Gattung Sprague-Dewley präpariert und unter Verwendung verschiedener Flussraten unilateral mit Koffein stimuliert, kontralateral nur mit Ringerlösung perfundiert und die daraus resultierenden Laktatwerte im Dialysat gemessen. Mithilfe einer Injektion von 100 bzw. 200 µl 80 mmolaren Koffeins vor Implantation der Sonden kann ein signifikanter Unterschied zwischen Kontroll- und Reaktionsseite bereits nach 30 min induziert werden. Eine Versuchsreihe an MH-unempfindlichen Schweinen bestätigt die Verwendbarkeit der Methode in vivo. Bestätigt sich die These, daß sich mithilfe der Mikrodialyse eine lokale MH-Reaktion auslösen läßt, wäre damit möglicherweise ein vielversprechendes Testverfahren in Hinblick auf ein MH-Screening gefunden<br>Malignant hyperthermia (MH) is a pharmacologenetic disorder characterized by acute hypermetabolic reactions in muscles in response to the triggering effects of volatile anaesthetics and succinylcholin. The genetic prevalence seems to be higher than the clinical incidence of about 1:30000. The precipitating cause of a MH reaction has been postulated to be a sudden rise in the concentration of calcium in myoplasm in the presence of a triggering agent. MH may present as an acute and dramatic clinical event with hypercapnia, hypoxaemia, mixed acidosis, tachycardia and rigor followed by complex arrhythmias, cyanosis, rhabdomyolysis, hyperthermia and death, or as an abortive form with only few clinical signs. When MH is diagnosed early and treated promptly, the mortality rate should be near zero. Therefore a rapid and reliable test for MH would be beneficial to anaesthetists, as screening for mutations of the RYR1 gene detects only 20 – 40% of susceptible families and the halothan-caffeine contracture test which remains at the moment the gold standard is invasive and expensive. M. Anetseder and colleagues from the University of Wuerzburg proposed, that intramuscular injection of caffeine by microdialysis increase local lactat concentration in the skeletal muscle of rats. After different ways of local caffeine stimulation in the muscle of rats a pre-injection of caffeine before microdialyis seems to be the fastest way to increase metabolism. Studies with MH reliable pigs will show if there is an difference between MH susceptible pigs and non-susceptible pigs

The different strategies of tissue engineering for functional reconstruction of critical-size bone defects require a thorough knowledge of physiological mechanisms of bone repair. Bone healing is a complex process affected by various mediators. Several investigations have studied the gene expression 1 to 3 days after an acute or experimental fracture. Little is known about the humoral and cellular in vivo reaction in the early stages of bone healing. In contrast to other methods of molecule sampling and detection, which usually lead to the inhibition of the biological activity following complex sample preparation and quantification, microdialysis is a real-time monitoring technique which can be applied in living tissues providing a strong link between analytical methodology and biochemistry. In this study, the optimal conditions for microdialysis in a critical size rat long bone defect model for both in vivo and in vitro analyses were developed. Mediators and components of the extracellular matrix occurring in the first 24 to 48 hours of bone healing locally and systemically were monitored via microdialysis and blood sampling, respectively. Furthermore, novel proteins and their modulation were explored during this time frame. In vitro microdialysis was used to optimize the condition for protein recovery. Addition of bovine serum albumin (BSA) resulted in an enhanced recovery of interleukin (IL)-6. The maximal relative recovery (RR) was from 15.0% without BSA and 23.6% with BSA, while the maximal RR of transforming growth factor (TGF)-β1 was 11.2% with BSA and the concentration of TGF-β1 was below the detection limit of enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) without BSA. Using in vivo microdialysis, total protein concentrations varied between 0.20±0.12 mg/mL and 0.44±0.18 mg/mL. Among the mediators produced in the fracture hematoma within 24 h after the injury, IL-6 was secreted with the highest concentration of 309.1 pg/mL between 12 and 15 h after creation of the critical size bone defect. Meanwhile, the detectable concentrations of TGF-β1 in microdialysates ranged from 3.6 to 44.0 pg/mL and in blood plasma TGF-β1 was constantly producted ranging from 656.3 to 8398.2 pg/mL for 24 h after bone defct. Moreover, another constant producted growth factor in blood plasma was PDGF-BB and the concentration ranged from 222.1 to 589.4 pg/mL for 8 h after bone defect. Using high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS), 36 proteins were identified in the microdialysates over 8 h, and 884 proteins were identified on probes which were implanted into the bone defect over 24 h. Among the proteins identified in the hematoma, only a minority originated from the extracellular space. Protein analysis indicated five pathways associated with bone healing that were overrepresented after creating soft tissue and bone defects, of which FGF signaling was specific for bone defects. Furthermore, C-X-C motif ligands CXCL-1, CXCL-2, CXCL-3, CXCL-4, CXCL-5, CXCL-7, rodent bone protein (RoBo-1), insulin-like growth factor (IGF)-I, and chitinase-3-like protein 1 were detected in the fracture hematoma. These proteins are potentially associated to early bone healing. As seen by histological analysis, polymorphonuclear leukocytes (PMNs) and lymphocytes penetrated into the fracture hematoma immediately after surgery and peaked at 24 h. This study for the first time presents data from both the local and systemic acute response to bone and soft tissue injury in a small animal model. The results of mcrodialysis sampling may serve as a baseline for future investigations on different models and time frames. Several proteins and pathways have been identifeid as potentially important for early bone regeneration warranting in depth analysis in further studies.:I. Table of content II. List of abbreviations 1 Summary 2 Introduction 2.1 The process of bone healing 2.1.1 Stages of fracture healing 2.1.2 Early stage of inflammation 2.2 Clinical challenges 2.3 Microdialysis 2.3.1 The principle of Microdialysis 2.3.2 Parameters influencing the recovery 2.4 Aim of this study 3 Materials 3.1 Materials, devices and animals 3.2 Chemicals 3.3 Buffers and solutions 4 Methods 4.1 Background 4.2 In vitro microdialysis 4.2.1 Preparation of the protein solution 4.2.2 Microdialysis sampling procedure 4.3 In vivo microdialysis 4.3.1 Surgical procedure 4.3.2 Sample collection 4.4 Plasma samples 4.5 Determination of the fluid recovery 4.6 Determination of the relative recovery 4.7 Total protein measurement 4.8 Cytokine and growth factor analysis 4.8.1 IL-1β, IL-6, TNF-α and PDGF-BB ELISA 4.8.2 VEGF ELISA 4.8.3 TGF-β1 ELISA 4.8.4 BMP-2 ELISA 4.8.5 Proteome profilerTM array 4.9 Proteomic analysis 4.10 Histological analysis 4.11 Statistical analysis 5 Results 5.1 Protein selection 5.2 Determination of fluid recovery in vitro and in vivo 5.3 Determination of relative recovery (RR) in vitro 5.4 Determination of total protein concentration in vivo 5.5 Determination of cytokine and growth factor concentration in the microdialysate in vivo 5.5.1 IL-6 concentration 5.5.2 TGF-β1 concentration 5.5.3 IL-1β concentration 5.5.4 TNF-α concentration 5.5.5 PDGF-BB, BMP-2 and VEGF concentration 5.6 Determination of further cytokines and chemokines in the microdialysate in vivo 5.7 Protein determination using HPLC-MS/MS analysis 5.7.1 Proteins in the microdialysate 5.7.2 Proteins on the surface of the probe 5.8 Protein annotation 5.9 Determination of cytokines and growth factors in the blood plasma 5.9.1 Determination of IL-6 in the blood plasma 5.9.2 Determination of TGF-β1 in the blood plasma 5.9.3 Determination of PDGF-BB in the blood plasma 5.10 Histological analysis of the hematoma 6 Discussion 6.1 Fluid recovery 6.2 Influence of the crystalloid perfusate on relative recovery 6.3 Relative recovery of cytokines and growth factors in vitro 6.4 In vivo microdialysis 6.4.1 Total protein concentration 6.4.2 Annotation of proteins in hematoma identified by HPLC-MS/MS 6.4.3 Identification of cytokines and bone related proteins 6.5 The humoral inflammatory response 6.6 Cellular response 7 Conclusions 8 References 9 Appendix 9.1 Figure index 9.2 Table index III. Eidesstattliche Erklärung IV. Selbständigkeitserklärung V. Acknowledgements<br>Zur Entwicklung neuer Strategien der Geweberegenerierung in kritischen Knochendefekten, die sich durch Selbstheilungsprozesse nicht schließen, ist das Verständnis der beteiligten physiologischen Prozesse essentiell. Der Wiederaufbau von Gewebe, wie etwa während Knochenheilungsprozesse ist komplex reguliert und erfordert das koordinierte Zusammenspiel einer Vielzahl von Zellen und Mediatoren. Obwohl bereits in zahlreichen Studien die Veränderungen in der Genexpression in den ersten 3 Tagen nach einer akuten oder experimentell induzierten Fraktur untersucht wurden, ist noch immer wenig über die zellulären und humoralen Vorgänge in den frühen Phasen der Knochenheilung in vivo bekannt. Gebräuchliche Analysemethoden erfordern komplexe Verfahren zur Probenentnahme und Nachweisreaktionen währenddessen die biologische Aktivität der untersuchten Mediatoren häufig graduell verloren geht. Die Mikrodialyse hingegen kann in Echtzeit am lebenden Objekt und am Ort der Verletzung durchgeführt werden und bildet somit eine erfolgsversprechende Plattform um die Probengewinnung noch enger mit der anschließenden biochemischen Nachweistechnik zu verbinden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die optimalen Konditionen zur Mikrodialyse erstmals an einem kritischen Defektmodell eines Ratten-Röhrenknochens zur in vivo und in vitro Applikation ermittelt. Dazu wurde das Vorkommen verschiedener Komponenten der extrazellulären Matrix und ausgewählter Mediatoren während der ersten 24 bis 48 Stunden der Knochenheilung überwacht. Neben der durch Mikrodialyse gewonnenen Proben wurden auch Blutproben verarbeitet um sowohl die lokale, als auch systemische Konzentration der untersuchten Proteine zu erfassen. Durch eine Proteomanalyse konnten zudem bislang in diesem Prozess unbekannte Moleküle identifiziert und verfolgt werden. Zur Optimierung der Mikrodialyse wurden zunächst die Bedingungen hinsichtlich der Proteinrückgewinnung verbessert. Durch den Zusatz von Rinderserumalbumin (BSA) konnte die Rückgewinnung von Interleukin (IL)-6 erhöht werden. Die maximale relative Rückgewinnung (RR) konnte von 15.0% ohne BSA auf 23.6% mit BSA gesteigert werden. Noch dramatischer war dieser Effekt für den transforming growth factor (TGF)-β1 von dessen eingesetzter Menge in vitro 11.2% detektiert werden konnte, während in der BSA-freien Dialyselösung kein TGF-β1 nachgewiesen wurde. Die RR blieb stets unter der Detektionsgrenze des verwendeten enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). In vivo-Dialysate enthielten totale Proteinkonzentrationen zwischen 0,20±0,12 mg/mL und 0,44±0,18 mg/mL. Von den innerhalb von 24 h nach Verletzung im Frakturhämatom produzierten Mediatoren wurde IL-6 am stärksten exprimiert. Die höchsten Konzentrationen (309,1pg/mL) konnten hierfür nach 12 bis 15 Stunden nach Einführung des Defekts gemessen werden. Die Konzentrationslevel von TGF-β1 hingegegen betrug nur 3,6 bis 44,0 pg/mL.Mittels high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS), konnten 36 Proteine in den über 8 Stunden gewonnenen Mikrodialysaten, und 884 Proteine von Explantaten, die 24 h im Knochendefekt integriert waren, identifiziert werden. Von den im Frakturhämatom identifizierten Proteinen war nur eine Minderheit extrazellulären Ursprungs. Durch die Proteomanalyse konnten fünf Signalwegskaskaden identifiziert werden. Von diesen trat „FGF (fibroblast growth factor) signaling“ ausschließlich in Knochendefekten, nicht jedoch in den zur Kontrolle mitgeführten reinen Weichgewebedefekten auf. Im Frakturhämatom konnten die, C-X-C motif-Liganden CXCL-1, CXCL-2,CXCL-3, CXCL-4, CXCL-5, CXCL-7, rodent bone protein (RoBo-1), insulin-like growth factor (IGF)-I, und das chitinase-3-like protein 1 nachgewiesen werden. Die identifizierten Proteine könnten von Bedeutung für die Steuerung früher Knochenheilungsprozesse sein. Histologische Untersuchungen zeigten, dass polymorphkernige Leukozyten (PMNs) und Lymphozyten sofort nach der Operation in das Frakturhämatom einwandern und ihre Anzahl nach etwa 24 h ihr Maximum erreicht. Diese Studie präsentiert erstmals Daten der lokal und systemisch ablaufenden zellulären und humoralen Vorgänge als Antwort auf einen Weichgewebs-bzw. Knochendefekt in einem Nagetier-Kleintiermodell. Die Mikrodialyse-Resultate stellen eine vielversprechende Grundlage für zukünftige Untersuchungen in anderen Modellen dar. Außerdem bilden die hier identifizierten Proteine und Signalwege eine Gruppe potenter Kandidaten für weiterführende Untersuchungen zur Knochenregeration.:I. Table of content II. List of abbreviations 1 Summary 2 Introduction 2.1 The process of bone healing 2.1.1 Stages of fracture healing 2.1.2 Early stage of inflammation 2.2 Clinical challenges 2.3 Microdialysis 2.3.1 The principle of Microdialysis 2.3.2 Parameters influencing the recovery 2.4 Aim of this study 3 Materials 3.1 Materials, devices and animals 3.2 Chemicals 3.3 Buffers and solutions 4 Methods 4.1 Background 4.2 In vitro microdialysis 4.2.1 Preparation of the protein solution 4.2.2 Microdialysis sampling procedure 4.3 In vivo microdialysis 4.3.1 Surgical procedure 4.3.2 Sample collection 4.4 Plasma samples 4.5 Determination of the fluid recovery 4.6 Determination of the relative recovery 4.7 Total protein measurement 4.8 Cytokine and growth factor analysis 4.8.1 IL-1β, IL-6, TNF-α and PDGF-BB ELISA 4.8.2 VEGF ELISA 4.8.3 TGF-β1 ELISA 4.8.4 BMP-2 ELISA 4.8.5 Proteome profilerTM array 4.9 Proteomic analysis 4.10 Histological analysis 4.11 Statistical analysis 5 Results 5.1 Protein selection 5.2 Determination of fluid recovery in vitro and in vivo 5.3 Determination of relative recovery (RR) in vitro 5.4 Determination of total protein concentration in vivo 5.5 Determination of cytokine and growth factor concentration in the microdialysate in vivo 5.5.1 IL-6 concentration 5.5.2 TGF-β1 concentration 5.5.3 IL-1β concentration 5.5.4 TNF-α concentration 5.5.5 PDGF-BB, BMP-2 and VEGF concentration 5.6 Determination of further cytokines and chemokines in the microdialysate in vivo 5.7 Protein determination using HPLC-MS/MS analysis 5.7.1 Proteins in the microdialysate 5.7.2 Proteins on the surface of the probe 5.8 Protein annotation 5.9 Determination of cytokines and growth factors in the blood plasma 5.9.1 Determination of IL-6 in the blood plasma 5.9.2 Determination of TGF-β1 in the blood plasma 5.9.3 Determination of PDGF-BB in the blood plasma 5.10 Histological analysis of the hematoma 6 Discussion 6.1 Fluid recovery 6.2 Influence of the crystalloid perfusate on relative recovery 6.3 Relative recovery of cytokines and growth factors in vitro 6.4 In vivo microdialysis 6.4.1 Total protein concentration 6.4.2 Annotation of proteins in hematoma identified by HPLC-MS/MS 6.4.3 Identification of cytokines and bone related proteins 6.5 The humoral inflammatory response 6.6 Cellular response 7 Conclusions 8 References 9 Appendix 9.1 Figure index 9.2 Table index III. Eidesstattliche Erklärung IV. Selbständigkeitserklärung V. Acknowledgements