MicroRNA-induced polarization of microglia and macrophages after focal cerebral ischemia

Der ischämische Schlaganfall ist nicht nur die zweithäufigste Todesursache weltweit, sondern auch eine der Hauptursachen für körperliche Beeinträchtigungen im Erwachsenenalter. Das Ausmaß der durch den Schlaganfall hervorgerufenen Gewebeschädigung ist stark durch das Immunsystem geprägt. Die im Zentralnervensystem (ZNS) ansässigen Mikroglia und die aus dem Blutsystem infiltrierenden Makrophagen sind die Schlüsselzellen der lokalen und systemischen Entzündungsantwort nach dem ischämischen Schlaganfall. Sowohl Mikroglia als auch Makrophagen spielen in der Entwicklung der Gewebeschädigung eine duale Rolle. Zum einen phagozytieren sie Zelltrümmer und unterstützen neuroregenerative Prozesse, zum anderen sind diese Zellen in der Lage den Zustand der Gewebsschädigung zu verschlimmern und einer Regeneration des ZNS entgegenzuwirken. Die Polarisierung der Mikroglia/Makrophagen hin zu verschiedenen Phänotypen ist abhängig von der jeweiligen Phase der Gewebeschädigung. Der destruktive, proinflammatorische Phänotyp (M1) steht dabei dem protektiven, antiinflammatorischen Phänotyp (M2) gegenüber. Die Notwendigkeit einer zielgerichteten Regulierung der polarisierten Mikroglia/Makrophagen zum protektiven M2-Phänotyp wurde bereits mehrfach im Zusammenhang mit der Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen erwähnt. In der vorliegenden Dissertation soll die immunregulierende und neuroprotektive Wirkung der microRibonukleinsäure-124 (miRNA-124) in Bezug auf die Polarisierung von Mikroglia/Makrophagen zu verschiedenen Zeitpunkten nach Verschluss der Arteria cerebri media (ACM) im Gehirn von Mäusen gezeigt werden. Zu diesem Zweck wurde die liposomierte miRNA-124 zu einem frühen Zeitpunkt (Tag 2) und zu einem späten Zeitpunkt (Tag 10) nach Verschluss der ACM verabreicht. Die Behandlung mit der miRNA-124 zu einem frühen Zeitpunkt resultierte dabei in einem signifikanten Anstieg in der Anzahl der M2-positiven Mikroglia/Makrophagen im Vergleich zur Kontrollgruppe. Gleichzeitig nahm die Anzahl der M1-positiven Mikroglia/Makrophagen signifikant ab. Im Wesentlichen resultierte die Behandlung mit der miRNA-124 zu beiden Zeitpunkten in einem geringeren Verhältnis von proinflammatorischen (M1) zu antiinflammatorischen (M2) Mikroglia/Makrophagen. Zu den weiteren Erkenntnissen einer frühzeitigen Behandlung im Rahmen dieser Dissertation gehören: (i) eine signifikante Zunahme des neuronalen Überlebens, das zudem positiv mit der Anzahl der M2-positiven Mikroglia/Makrophagen korreliert, (ii) eine verbesserte funktionelle Erholung, welche in Verbindung mit den veränderten neuroinflammatorischen Ereignissen steht und (iii) ein signifikant verkleinertes Läsionsareal, welches durch reaktive Astrozyten zum gesunden Gewebe hin abgegrenzt wird. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass die Verabreichung von miRNA-124 eine neue Möglichkeit zur Regulierung der Immunantwort und der Neuroprotektion im Rahmen der Behandlung des ischämischen Schlaganfalls darstellt.

Near-infrared polarimetry in the galactic center. On properties of Sagittarius A* and a dusty S-cluster object

Near-infrared polarimetry observation is a powerful tool to study the central sources at the center of the Milky Way. My aim of this thesis is to analyze the polarized emission present in the central few light years of the Galactic Center region, in particular the non-thermal polarized emission of Sagittarius~A* (Sgr~A*), the electromagnetic manifestation of the super-massive black hole, and the polarized emission of an infrared-excess source in the literature referred to as DSO/G2. This source is in orbit about Sgr~A*. In this thesis I focus onto the Galactic Center observations at $\lambda=2.2~\mu m$ ($K_\mathrm{s}$-band) in polarimetry mode during several epochs from 2004 to 2012. The near-infrared polarized observations have been carried out using the adaptive optics instrument NAOS/CONICA and Wollaston prism at the Very Large Telescope of ESO (European Southern Observatory). Linear polarization at 2.2 $\mu m$, its flux statistics and time variation, can be used to constrain the physical conditions of the accretion process onto the central super-massive black hole. I present a statistical analysis of polarized $K_\mathrm{s}$-band emission from Sgr~A* and investigate the most comprehensive sample of near-infrared polarimetric light curves of this source up to now. I find several polarized flux excursions during the years and obtain an exponent of about 4 for the power-law fitted to polarized flux density distribution of fluxes above 5~mJy. Therefore, this distribution is closely linked to the single state power-law distribution of the total $K_\mathrm{s}$-band flux densities reported earlier by us. I find polarization degrees of the order of 20\%$\pm$10\% and a preferred polarization angle of $13^o\pm15^o$. Based on simulations of polarimetric measurements given the observed flux density and its uncertainty in orthogonal polarimetry channels, I find that the uncertainties of polarization parameters under a total flux density of $\sim 2\,{\mathrm{mJy}}$ are probably dominated by observational uncertainties. At higher flux densities there are intrinsic variations of polarization degree and angle within rather well constrained ranges. Since the emission is most likely due to optically thin synchrotron radiation, the obtained preferred polarization angle is very likely reflecting the intrinsic orientation of the Sgr~A* system i.e. an accretion disk or jet/wind scenario coupled to the super-massive black hole. Our polarization statistics show that Sgr~A* must be a stable system, both in terms of geometry, and the accretion process. I also investigate an infrared-excess source called G2 or Dusty S-cluster Object (DSO) moving on a highly eccentric orbit around the Galaxy's central black hole, Sgr~A*. I use for the first time the near-infrared polarimetric imaging data to determine the nature and the properties of DSO and obtain an improved $K_\mathrm{s}$-band identification of this source in median polarimetry images of different observing years. The source starts to deviate from the stellar confusion in 2008 data and it does not show a flux density variability based on our data set. Furthermore, I measure the polarization degree and angle of this source and conclude based on the simulations on polarization parameters that it is an intrinsically polarized source with a varying polarization angle as it approaches Sgr~A* position. I use the interpretation of the DSO polarimetry measurements to assess its possible properties.