Kardiovaskuläre Erkrankungen tragen wesentlich zu Morbidität und Mortalität des Menschen bei und sind eine altersabhängige Erscheinung. Wesentliche Ursache sind die systemischen Vaskulopathien Atherosklerose und Arteriosklerose, die mit einer Kalzifizierung der Arterien einhergehen. Insbesondere die Kalzifizierung der tunica media ist histologisches Korrelat für sowohl das physiologische als auch pathologische, vorzeitige vaskuläre Altern. In den letzten Jahrzehnten sind einige Schlüsselmechanismen und Risikofaktoren identifiziert worden, deren genaues Zusammenspiel und einzelne Bedeutung noch nicht vollständig verstanden sind. Darüber hinaus existieren auch keine krankheitsübergreifenden therapeutischen Möglichkeiten, so dass das Ziel dieser Arbeit ist, zu einem besseren Verständnis der Pathophysiologie beizutragen und damit die Identifikation therapeutischer Ziele zu erleichtern. Im Rahmen zweier narrativer Reviews wurden die pathophysiologischen und methodischen Grundlagen der vaskulären Kalzifizierung in der Grundlagenwissenschaft erarbeitet und diese im Rahmen einer experimentellen Originalarbeit angewandt. Dabei wurden Ratten über 24 Wochen mit Azathioprin gefüttert und sein Einfluss auf die vaskuläre Kalzifizierung mittels Kalziumquanitifzierung, real-time PCR und Alizarin-Rot Färbung untersucht. Für die nachgewiesene Azathioprin-induzierte Kalzifizierung konnte das NLRP-3 Inflammasom im Rahmen von ex vivo Versuchen mit NLRP-3 knockout Mäusen als kritischer Signalweg identifiziert und die Rolle von Zellstress für den vaskulären Alterungsprozess herausgearbeitet werden. Im Rahmen dieser Arbeiten ergaben sich bei den etablierten experimentellen Methoden eine eingeschränkte Beurteilbarkeit der örtlichen Kommunikation zwischen Endothel, glatten Gefäßmuskelzellen und der EZM sowie des zeitlichen Verlaufs zwischen Kalzifizierung und Gefäßalterung, so dass im Rahmen zweier weiterer experimenteller Originalarbeiten neue Methoden etabliert wurden: Das Modell der isoliert-perfundierten Rattenaorta, bei welchem explantierte Rattenaorten für 14 Tage extrakorporal mit Kontrollmedium bzw. einem Induktor der Kalzifizierung perfundiert werden, ermöglicht die Untersuchung der Kalzifizierungsprozesse in einem physiologischen, vaskulären Milieu. Zur besseren Untersuchbarkeit des zeitlichen Verlaufs von Kalzifizierung und Seneszenz wurden neue Protokolle zur Diversifizierung der Auswertungsmethoden mittels Immunhistochemie und RNA-in-situ-Hybridisierung etabliert, um die Expression von Markern der Seneszenz und der Kalzifizierung parallel, aber Individualzell-basiert mittels Fluoreszenzmikroskopie zu messen. Mit dieser Disseration konnte die besondere Rolle von Zellstress für die Induktion der vaskulären Kalzifizierung am Beispiel von Azathioprin und ein zugehöriger Signalweg identifiziert werden und auf Basis der experimentellen Erfahrungen und Einsichten neue Modelle zur Untersuchung der vaskulären Kalzifizierung etabliert werden.
Cardiovascular diseases contribute significantly to human morbidity and mortality and are an age-related phenomenon. The main causes are the systemic vasculopathies atherosclerosis and arteriosclerosis, which are associated with calcification of the arteries. In particular, calcification of the tunica media is a histological correlate of both physiological and pathological premature vascular aging. In recent decades, several key mechanisms and risk factors have been identified whose precise interplay and individual significance are not yet fully understood. In addition, cross-disease therapeutic options do not exist either, so the aim of this work is to contribute to a better understanding of the pathophysiology and thus facilitate the identification of therapeutic targets. In two narrative reviews, the pathophysiological and methodological basis of vascular calcification was elaborated and applied in the context of an original experimental work. In this work, rats were fed azathioprine for 24 weeks and its effect on vascular calcification was examined by calcium quantification, real-time PCR, and alizarin red staining. For the detected azathioprine-induced calcification, ex vivo experiments with NLRP-3 knockout mice identified the NLRP-3 inflammasome as a critical signaling pathway and elaborated the role of cell stress in the vascular aging process. In the course of this work, established methods revealed limited assessability of local communication between endothelium, vascular smooth muscle cells, and the extracellular matrix, as well as of the time course between calcification and vascular aging, so that new methods were established in the course of two additional original experimental studies: The isolated-perfused rat aorta model, in which explanted rat aortas are perfused extracorporeally with control medium or an inducer of calcification for 14 days, allows the study of calcification processes in a physiological, vascular milieu. To improve the ability to study the time course of calcification and senescence, new protocols were established to diversify the evaluation methods using immunohistochemistry and RNA in situ hybridization to measure the expression of markers of senescence and calcification in a parallel but individual cell-based manner by fluorescence microscopy. This work identified the specific role of cell stress in the induction of vascular calcification by azathioprine and an associated signaling pathway and, based on experimental experience and insights, diversified the methodology for studying vascular calcification.
