Extracellular vesicles (EVs), such as exosomes and microvesicles, are released by different cell types and participate in physiological and pathophysiological processes. EVs mediate intercellular communication as cell‐derived extracellular signalling organelles that transmit specific information from their cell of origin to their target cells. As a result of these properties, EVs of defined cell types may serve as novel tools for various therapeutic approaches, including (a) anti‐tumour therapy, (b) pathogen vaccination, (c) immune‐modulatory and regenerative therapies and (d) drug delivery. The translation of EVs into clinical therapies requires the categorization of EV‐based therapeutics in compliance with existing regulatory frameworks. As the classification defines subsequent requirements for manufacturing, quality control and clinical investigation, it is of major importance to define whether EVs are considered the active drug components or primarily serve as drug delivery vehicles. For an effective and particularly safe translation of EV‐based therapies into clinical practice, a high level of cooperation between researchers, clinicians and competent authorities is essential. In this position statement, basic and clinical scientists, as members of the International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) and of the European Cooperation in Science and Technology (COST) program of the European Union, namely European Network on Microvesicles and Exosomes in Health and Disease (ME‐HaD), summarize recent developments and the current knowledge of EV‐based therapies. Aspects of safety and regulatory requirements that must be considered for pharmaceutical manufacturing and clinical application are highlighted. Production and quality control processes are discussed. Strategies to promote the therapeutic application of EVs in future clinical studies are addressed.

Abstract Although the initial concepts of stem cell therapy aimed at replacing lost tissue, more recent evidence has suggested that stem and progenitor cells alike promote postischemic neurological recovery by secreted factors that restore the injured brain's capacity to reshape. Specifically, extracellular vesicles (EVs) derived from stem cells such as exosomes have recently been suggested to mediate restorative stem cell effects. In order to define whether EVs indeed improve postischemic neurological impairment and brain remodeling, we systematically compared the effects of mesenchymal stem cell (MSC)-derived EVs (MSC-EVs) with MSCs that were i.v. delivered to mice on days 1, 3, and 5 (MSC-EVs) or on day 1 (MSCs) after focal cerebral ischemia in C57BL6 mice. For as long as 28 days after stroke, motor coordination deficits, histological brain injury, immune responses in the peripheral blood and brain, and cerebral angiogenesis and neurogenesis were analyzed. Improved neurological impairment and long-term neuroprotection associated with enhanced angioneurogenesis were noticed in stroke mice receiving EVs from two different bone marrow-derived MSC lineages. MSC-EV administration closely resembled responses to MSCs and persisted throughout the observation period. Although cerebral immune cell infiltration was not affected by MSC-EVs, postischemic immunosuppression (i.e., B-cell, natural killer cell, and T-cell lymphopenia) was attenuated in the peripheral blood at 6 days after ischemia, providing an appropriate external milieu for successful brain remodeling. Because MSC-EVs have recently been shown to be apparently safe in humans, the present study provides clinically relevant evidence warranting rapid proof-of-concept studies in stroke patients. Significance Transplantation of mesenchymal stem cells (MSCs) offers an interesting adjuvant approach next to thrombolysis for treatment of ischemic stroke. However, MSCs are not integrated into residing neural networks but act indirectly, inducing neuroprotection and promoting neuroregeneration. Although the mechanisms by which MSCs act are still elusive, recent evidence has suggested that extracellular vesicles (EVs) might be responsible for MSC-induced effects under physiological and pathological conditions. The present study has demonstrated that EVs are not inferior to MSCs in a rodent stroke model. EVs induce long-term neuroprotection, promote neuroregeneration and neurological recovery, and modulate peripheral post-stroke immune responses. Also, because EVs are well-tolerated in humans, as previously reported, the administration of EVs under clinical settings might set the path for a novel and innovative therapeutic stroke concept without the putative side effects attached to stem cell transplantation.

Remifentanil is a newly synthesized 4-anilido-piperidine with an ester side chain susceptible to esterase metabolism. We evaluated the safety, analgesic efficacy, and pharmacokinetics of remifentanil in 48 male volunteers. Volunteers were randomized to receive increasing doses of remifentanil, alfentanil, or placebo. Analgesic efficacy was evaluated by increasing tolerance to a spring-loaded rod measured at the tibia and sternum at multiple time points. Respiratory depression was measured by changes in arterial blood gas tensions and peripheral hemoglobin oxygen saturation. Hemodynamics were continuously monitored by means of an intra-arterial catheter. Both remifentanil and alfentanil produced a dose-dependent increase in analgesia and respiratory depression. Remifentanil was 20 to 30 times more potent (milligram to milligram) than alfentanil when assessed by either analgesic efficacy or respiratory measures. The pharmacokinetics of remifentanil were best described by a biexponential decay curve. Remifentanil had a small volume of distribution of 0.39 (SD, +/- 0.25) L/kg (alfentanil, 0.52 +/- 2 L/kg), with a rapid distribution phase of 0.94 (SD, +/- 0.57) min and an extremely short elimination half-life of 9.5 (SD, +/- 4) min compared with an elimination half-life of alfentanil of 58 (SD, +/- 7.6) min. The t1/2 ke0 (half-time for equilibration between plasma and the effect compartment) of remifentanil for analgesia was calculated as 1.3 min. Thus, remifentanil appears to have a pharmacologic profile similar to other potent mu agonists, but with exceptionally short-lasting pharmacokinetics, which is likely to make it a very useful opioid for clinical practice.

Recent evidence suggests that neural stem/precursor cells (NPCs) promote recovery in animal models with delayed neuronal death via a number of indirect bystander effects. A comprehensive knowledge of how transplanted NPCs exert their therapeutic effects is still lacking. Here, we investigated the effects of a delayed transplantation of adult syngenic NPCs--injected intravenously 72 h after transient middle cerebral artery occlusion--on neurological recovery, histopathology and gene expression. NPC-transplanted mice showed a significantly improved recovery from 18 days post-transplantation (dpt) onwards, which persisted throughout the study. A small percentage of injected NPCs accumulated in the brain, integrating mainly in the infarct boundary zone, where most of the NPCs remained undifferentiated up to 30 dpt. Histopathological analysis revealed a hitherto unreported very delayed neuroprotective effect of NPCs, becoming evident at 10 and 30 dpt. Tissue survival was associated with downregulation of markers of inflammation, glial scar formation and neuronal apoptotic death at both mRNA and protein levels. Our data highlight the relevance of very delayed degenerative processes in the stroke brain that are intimately associated with inflammatory and glial responses. These processes may efficaciously be antagonized by (stem) cell-based strategies at time-points far beyond established therapeutic windows for pharmacological neuroprotection.

Abstract Blood vasculature represents a complex network of vessels with varying lengths and diameters that are precisely organized in space to allow proper tissue function. Light-sheet fluorescence microscopy (LSFM) is very useful to generate tomograms of tissue vasculature with high spatial accuracy. Yet, quantitative LSFM analysis is still cumbersome and available methods are restricted to single organs and advanced computing hardware. Here, we introduce VesselExpress, an automated software that reliably analyzes six characteristic vascular network parameters including vessel diameter in LSFM data on average computing hardware. VesselExpress is ~100 times faster than other existing vessel analysis tools, requires no user interaction, integrates batch processing, and parallelization. Employing an innovative dual Frangi filter approach we show that obesity induces a large-scale modulation of brain vasculature in mice and that seven other major organs differ strongly in their 3D vascular makeup. Hence, VesselExpress transforms LSFM from an observational to an analytical working tool.

Abstract Maintaining the balance between excitation and inhibition is essential for the appropriate control of neuronal network activity. Sustained excitation-inhibition (E-I) balance relies on the orchestrated adjustment of synaptic strength, neuronal activity and network circuitry. While growing evidence indicates that extracellular matrix (ECM) of the brain is a crucial regulator of neuronal excitability and synaptic plasticity, it remains unclear whether and how ECM contributes to neuronal circuit stability. Here we demonstrate that the integrity of ECM supports the maintenance of E-I balance by retaining inhibitory connectivity. Depletion of ECM in mature neuronal networks preferentially decreases the density of inhibitory synapses and the size of individual inhibitory postsynaptic scaffolds. After ECM depletion, inhibitory synapse strength homeostatically increases via the reduction of presynaptic GABA B receptors. However, the inhibitory connectivity reduces to an extent that inhibitory synapse scaling is no longer efficient in controlling neuronal network activity. Our results indicate that the brain ECM preserves the balanced network state by stabilizing inhibitory synapses. Significance statement The question how the brain’s extracellular matrix (ECM) controls neuronal plasticity and network activity is key for an appropriate understanding of brain functioning. In this study, we demonstrate that ECM depletion much more strongly affects the integrity of inhibitory than excitatory synapses in vitro and in vivo. We revealed that by retaining inhibitory connectivity, ECM ensures the efficiency of inhibitory control over neuronal network activity. Our work significantly expands our current state of knowledge about the mechanisms of neuronal network activity regulation. Our findings are similarly relevant for researchers working on the physiological regulation of neuronal plasticity in vitro and in vivo and for researchers studying the remodeling of neuronal networks upon brain injury, where prominent ECM alterations occur.

Abstract Activation of the kallikrein-kinin system promotes vascular leakage, inflammation, and neurodegeneration in ischemic stroke. Inhibition of plasma kallikrein (PK) – a key component of the KKS – in the acute phase of ischemic stroke has been reported to reduce thrombosis, inflammation, and damage to the blood-brain barrier. However, the role of PK during the recovery phase after cerebral ischemia is unknown. To this end, we evaluated the effect of subacute PK inhibition starting from day 3 on the recovery process after transient middle artery occlusion (tMCAO). Our study demonstrated a protective effect of PK inhibition by reducing infarct volume and improving functional outcome at day 7 after tMCAO. In addition, we observed reduced thrombus formation in cerebral microvessels, fewer infiltrated immune cells, and an improvement in blood-brain barrier integrity. This protective effect was facilitated by promoting tight junction reintegration, reducing detrimental matrix metalloproteinases, and upregulating regenerative angiogenic markers. Our findings suggest that PK inhibition in the subacute phase might be a promising approach to accelerate the post-stroke recovery process.

Sphingolipids comprise a class of lipids, which are composed of a sphingoid base backbone and are essential structural components of cell membranes. Beyond their role in maintaining cellular integrity, several sphingolipids are pivotally involved in signaling pathways controlling cell proliferation, differentiation, and death. The brain exhibits a particularly high concentration of sphingolipids and dysregulation of the sphingolipid metabolism due to ischemic injury is implicated in consecutive pathological events. Experimental stroke studies revealed that the stress sphingolipid ceramide accumulates in the ischemic brain post-stroke. Specifically, counteracting ceramide accumulation protects against ischemic damage and promotes brain remodeling, which translates into improved behavioral outcome. Sphingomyelin substantially influences cell membrane fluidity and thereby controls the release of extracellular vesicles, which are important vehicles in cellular communication. By modulating sphingomyelin content, these vesicles were shown to contribute to behavioral recovery in experimental stroke studies. Another important sphingolipid that influences stroke pathology is sphingosine-1-phosphate, which has been attributed a pro-angiogenic function, that is presumably mediated by its effect on endothelial function and/or immune cell trafficking. In experimental and clinical studies, sphingosine-1-phosphate receptor modulators allowed to modify clinically significant stroke recovery. Due to their pivotal roles in cell signaling, pharmacological compounds modulating sphingolipids, their enzymes or receptors hold promise as therapeutics in human stroke patients.

In many medical settings, medications are typically administered in the morning or evening, aligning with patients’ daily routines. This practice does not stem from chronotherapy, which involves scheduling drug administration to enhance its effectiveness, but rather from the way clinical operations are structured. The timing of drug administration can significantly affect a medication’s effectiveness and side effects, with the impact varying by up to ten times based on circadian rhythms. Disorders such as major depression, bipolar disorder, and schizophrenia are linked to disruptions in these rhythms. Recent studies have found that circadian dysfunctions, including genetic and neurohumoral changes, underlie many psychiatric conditions. Issues such as an altered glucocorticoid rhythm due to impaired HPA axis function, disturbed melatonin balance, and sleep disturbances have been noted in psychotic disorders. Furthermore, mood disorders have been associated with changes in the expression of circadian rhythm genes such as Clock, Bmal1, and Per. Considering that the absorption, biodistribution, effects on target organs, half-life, metabolism, and elimination of drugs are all influenced by the body’s circadian rhythms, this narrative review explores the optimal timing of medication administration to maximize efficacy and minimize side effects in the treatment of psychiatric disorders. By closely monitoring circadian variations in cortisol, melatonin, and key clock genes, as well as by deepening our understanding of the metabolisms and pharmacokinetics of antipsychotic medications, we propose a chronotherapy approach for psychiatric patients that could significantly enhance patient care.