Evaluation von Effektivität und Sicherheit der niederfrequenten, transkraniellen Ultraschalltherapie beim Schlaganfall

In den westlichen Ländern nimmt die Zahl der Schlaganfall-Patienten stetig zu und zählt mittlerweilernzu einer der häufigsten Todesursachen. Derzeit ist die Rekanalisationstherapie mit demrnFibrinolytikum rt-PA die einzig zugelassene Therapie. Die Rekanalisationsrate ist oftmals inkomplettrnund aufgrund von möglichen Blutungskomplikationen die Therapie nicht bei allen Patientenrnmöglich. Daher ist es wichtig, Alternativtherapieansätze (z.B. Ultraschallthrombolyse) zurnentwickeln. Blutgerinnsel können mit Hilfe von Ultraschall in Schwingung gebracht und sornlysiert oder die Wirkung von rt-PA verstärkt werden. Die vorliegende Arbeit hatte die Evaluationrnvon Bioeffekten von 60 kHz Ultraschall an gesundem und ischämischem Hirngewebe zum Ziel.rnNeben tierexperimentellen Methoden kamen auch molekular-biologische Techniken zur Anwendung.rnDie erste Studie beschäftigte sich mit der Wirkung von 60 kHz (Intensität: 0,2 W/cm2 undrnDuty Cycle 50%) auf ischämisches Hirngewebe (permanent ischämisch und nach Reperfusion).rnLediglich nach Reperfusion und Ultraschallbehandlung war das Läsionsvolumen signifikantrnerhöht, so dass von einer besonderen Vulnerabilität des Hirngewebes nach Reperfusionrnauszugehen ist (Penumbraschädigung). In der neurologischen Beurteilung der Tiere zeigte sichrnbei allen Tieren mit permanenter Okklusion und etwa einem Drittel der Tiere nach Reperfusionrnund Ultraschallbehandlung eine Hörminderung. In der anschließenden Studie wurde diernUltraschallintensität erniedrigt und der Duty Cycle variiert. In einer publizierten in vitro Studiernkonnte die zunehmende Lyserate mit steigendem Duty Cycle nachgewiesen werden. DiernAuswertung ergab eine Abhängigkeit des Läsionsvolumens von der Länge des Duty Cycles. Derrndritte Teil der Arbeit befasst sich mit der Wirkung von Ultraschall auf die Genexpression. Hierzurnwurden gesunde Ratten mit Ultraschall verschiedener Frequenzen (60 kHz, 488 kHz und 3 MHz)rntranskraniell behandelt und 4 h bzw. 24 h nach der Behandlung getötet. Proben von ischämischenrnTieren dienten als positive Kontrollen. Aufgrund von Literaturrecherchen wurden mehrerernKandidatengene ermittelt. Die Messung der Ischämieproben ergab eine weitgehende Übereinstimmungrnmit der Literatur. Die Messungen an den mit 60 kHz behandelten Proben ergabenrnkaum Anzeichen für eine differenzielle Genregulation. Die Frequenz von 488 kHz zeigte diernmeisten Regulationen, gefolgt von der Behandlung mit 3 MHz. Dieses Ergebnis lässt vermuten,rndass es sich bei den detektierten Veränderungen um protektive Mechanismen handelt, da diesernFrequenzen bislang im Tierversuch als nebenwirkungsarm beschrieben wurden. Die Auswertungrnvon 60 kHz-Proben mit Affymetrix Arrays ergab lediglich einige wenige differentiell regulierternGene. Die Array-Experimente konnten nicht durch qPCR-Messungen bestätigt werden.

On a list of the most causes of death, stroke is at the third place in the industrial nations.rnTherefore stroke research gets a more and more important role. At present the only permittedrntherapy is the lysis with rtPA. Unfortunately the lysis rate is often incomplete and the applicationrnis attended with a high bleeding rate. This is but one reason why it is so important to developrnnew therapies like ultrasound thrombolysis. The structure of blood clots can be slacked byrnultrasound. This could enlarge the surface where lysis agents like rtPA can take effect. Thernpresent thesis was designed to evaluate bioeffects of ultrasound on healthy and ischemic tissue.rnExperimental animal models and molecular genetic methods were used to investigate theserneffects. The first study was aimed to evaluate the effect of 60 kHz ultrasound (intensityrn0,2 W/cm² and duty cycle 50%) on ischemic tissue in a permanent and reperfusion suture model.rnLesion volume was significantly after reperfusion and ultrasound treatment. We draw thernconclusion that it results in the higher vulnerability of the ischemic penumbra. The neurologicalrntesting showed that all animals in the permanent occluded group and a third of the reperfusionrngroup had a hearing disability. In the following study the intensity of ultrasound and the dutyrncycle were changed. A published in vitro study showed that lysis rate can be increased withrnhigher duty cycles. The analysis detected a connection of the length of duty cycle and increasedrnischemic lesion at short duty cycles (20%). The third part of the thesis covers experiments torninvestigate the effect of ultrasound on gene expression. For this purpose healthy rats wererntranscranially subjected to different frequencies of ultrasound (60, 488 kHz and 3 MHz) andrnsacrificed 4 or 24 hours after the treatment.Ischemic samples were collected to have positiverncontrols. For all ultrasound probes there existed literature of in vivo studies. 488 kHz and 3 MHzrnultrasound caused no harmful effects after treatment compared to the detrimental effects of thern60 kHz ultrasound probe. With the help of the literature a few candidate genes were selected.rnThe measurements of the 60 kHz samples showed nearly no significant expression changes butrnthere were a few after 488 kHz and 3 MHz insonation. It seems that the monitored expressionrnchanges describe protective mechanism that probably could inhibit cerebral damage after anrnischemic insult. Additionally some samples of the 60 kHz animals were selected and microarrayrnexperiments. There were only a few differential expressed genes detected. In a next step theyrnwere tested in all experimental groups with qPCR. The results could not be confirmed.