@phdthesis{Koschitzki2020, author = {Koschitzki, Kim Christine Cornelia}, title = {Evaluation of preclinical animal models in bone tissue engineering and their success in clinical translation}, doi = {10.25972/OPUS-20759}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-207593}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2020}, abstract = {Autologous bone still represents today's gold standard for the treatment of critical size bone defects and fracture non-unions despite associated disadvantages regarding limitations in availability, donor site morbidity, costs and efficacy. Bone tissue engineered constructs would present a promising alternative to currently available treatments. However, research on preclinical animal studies still fails to provide clinical applicable results able to allow the replacement of currently applied methods. It seems that the idea of bone tissue engineering, which has now been integral part of academic studies for over 30 years, got somehow stuck at an intermediate level, in between intense preclinical research and striven stages of initial clinical trial phases. A clear discrepancy exists between the number of studies with preclinical animal models for bone tissue engineering and the number of clinically approved bone tissue engineered constructs available to patients. The aim of this thesis was hence to evaluate preclinical animal models for bone tissue engineering as well as the perception of scientists and clinicians towards these models. Moreover, the general role of bone tissue engineering and its clinical need assessed by scientists and surgeons was investigated. A survey was conducted questioning both scientific and clinical opinions on currently available study designs and researchers' satisfaction with preclinical animal models. Additionally, a literature research was conducted, resulting in 167 papers from the last 10 years that report current designs of preclinical orthotopic animal studies in bone tissue engineering. Thereby, the focus lied on the description of the models regarding animal species, strain, age, gender and defect design. The outcome of the literature search was evaluated and compared to the outcome obtained from the survey. The survey data revealed that both scientists and surgeons generally remain positive about the future role of bone tissue engineering and its step to clinical translation, at least in the distant future, where it then might replace the current gold standard, autologous bone. Moreover, most of the participants considered preclinical animal models as relevant and well developed but the results as not yet realizable in the clinics. Surgeons thereby demonstrated a slightly more optimistic perception of currently conducted research with animal models compared to scientists. However, a rather inconsistent description of present preclinical study designs could be discerned when evaluating the reported study designs in the survey and the papers of the literature search. Indeed, defining an appropriate animal species, strain, age, gender, observation time, observation method and surgical design often depends on different indications and research questions and represents a highly challenging task for the establishment of a preclinical animal model. The existing lack of valid guidelines for preclinical testing of bone tissue engineering leads hence to a lack of well standardized preclinical animal models. Moreover, still existing knowledge gaps regarding aspects that affect the process of fracture healing, such as vascularization or immunological aspects, were found to hinder clinical translation of bone tissue engineered constructs. Using literature review and survey, this thesis points out critical issues that need to be addressed to allow clinical translation of bone tissue engineered constructs. It can be concluded that currently existing study designs with preclinical animal models cannot live up to the claim of providing suitable results for clinical implementation. The here presented comprehensive summary of currently used preclinical animal models for bone tissue engineering reveals a missing consensus on the usage of models such as an apparent lack of reporting and standardization regarding the study designs described in both papers from the literature review and the survey. It thereby indicates a crucial need to improve preclinical animal models in order to allow clinical translation. Despite the fact that participants of the survey generally revealed a positive perception towards the use of bone tissue engineered constructs and affirmed the clinical need for such novel designs, the missing standardization constitutes a main weak point for the provision of reliable study outcome and the translational success of the models. The optimization of reproducibility and reliability, as well as the further understanding of ongoing mechanisms in bone healing in order to develop effective tissue engineered constructs, need to form the basis of all study designs. The study outcomes might then fulfill the requirements of maybe today's and hopefully tomorrow's aging population.}, language = {en} } @article{MirasSeyfriedPhinikaridouetal.2014, author = {Miras, Alexander D. and Seyfried, Florian and Phinikaridou, Alkystis and Andia, Marcelo E. and Christakis, Ioannis and Spector, Alan C. and Botnar, Rene M. and le Roux, Carel W.}, title = {Rats Fed Diets with Different Energy Contribution from Fat Do Not Differ in Adiposity}, series = {OBESITY FACTS}, volume = {7}, journal = {OBESITY FACTS}, number = {5}, doi = {10.1159/000368622}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-115249}, pages = {302-310}, year = {2014}, abstract = {Objective: To determine whether rats reaching the same body mass, having been fed either a low-fat (LFD) or a high-fat diet (HFD), differ in white adipose tissue (WAT) deposition. Methods: In experiment 1, 22 Sprague-Dawley rats of the same age were divided into 11 rats with body mass below the batch median and fed a HFD, and 11 above the median and fed a LFD. In experiment 2, 20 Sprague-Dawley rats of the same age and starting body mass were randomised to either a HFD or LFD. When all groups reached similar final body mass, WAT was quantified using magnetic resonance imaging (MRI), dissection, and plasma leptin. Results: In experiment 1, both groups reached similar final body mass at the same age; in experiment 2 the HFD group reached similar final body mass earlier than the LFD group. There were no significant differences in WAT as assessed by MRI or leptin between the HFD and LFD groups in both experiments. Dissection revealed a trend for higher retroperitoneal and epididymal adiposity in the HFD groups in both experiments. Conclusions: We conclude that at similar body mass, adiposity is independent of the macronutrient composition of the feeding regimen used to achieve it. (C) 2014 S Karger GmbH, Freiburg}, language = {en} } @article{KlotzMentrupRegensburgeretal.2012, author = {Klotz, Barbara and Mentrup, Birgit and Regensburger, Martina and Zeck, Sabine and Schneidereit, Jutta and Schupp, Nicole and Linden, Christian and Merz, Cornelia and Ebert, Regina and Jakob, Franz}, title = {1,25-Dihydroxyvitamin D3 Treatment Delays Cellular Aging in Human Mesenchymal Stem Cells while Maintaining Their Multipotent Capacity}, series = {PLoS ONE}, volume = {7}, journal = {PLoS ONE}, number = {1}, doi = {10.1371/journal.pone.0029959}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-133392}, pages = {e29959}, year = {2012}, abstract = {1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25D3) was reported to induce premature organismal aging in fibroblast growth factor-23 (Fgf23) and klotho deficient mice, which is of main interest as 1,25D3 supplementation of its precursor cholecalciferol is used in basic osteoporosis treatment. We wanted to know if 1,25D3 is able to modulate aging processes on a cellular level in human mesenchymal stem cells (hMSC). Effects of 100 nM 1,25D3 on hMSC were analyzed by cell proliferation and apoptosis assay, beta-galactosidase staining, VDR and surface marker immunocytochemistry, RT-PCR of 1,25D3-responsive, quiescence-and replicative senescence-associated genes. 1,25D3 treatment significantly inhibited hMSC proliferation and apoptosis after 72 h and delayed the development of replicative senescence in long-term cultures according to beta-galactosidase staining and P16 expression. Cell morphology changed from a fibroblast like appearance to broad and rounded shapes. Long term treatment did not induce lineage commitment in terms of osteogenic pathways but maintained their clonogenic capacity, their surface marker characteristics (expression of CD73, CD90, CD105) and their multipotency to develop towards the chondrogenic, adipogenic and osteogenic pathways. In conclusion, 1,25D3 delays replicative senescence in primary hMSC while the pro-aging effects seen in mouse models might mainly be due to elevated systemic phosphate levels, which propagate organismal aging.}, language = {en} } @article{ReiterGenslerRitteretal.2012, author = {Reiter, Theresa and Gensler, Daniel and Ritter, Oliver and Weiss, Ingo and Geistert, Wolfgang and Kaufmann, Ralf and Hoffmeister, Sabine and Friedrich, Michael T. and Wintzheimer, Stefan and D{\"u}ring, Markus and Nordbeck, Peter and Jakob, Peter M. and Ladd, Mark E. and Quick, Harald H. and Bauer, Wolfgang R.}, title = {Direct cooling of the catheter tip increases safety for CMR-guided electrophysiological procedures}, series = {Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance}, volume = {14}, journal = {Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance}, number = {12}, doi = {10.1186/1532-429X-14-12}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-134927}, year = {2012}, abstract = {Background: One of the safety concerns when performing electrophysiological (EP) procedures under magnetic resonance (MR) guidance is the risk of passive tissue heating due to the EP catheter being exposed to the radiofrequency (RF) field of the RF transmitting body coil. Ablation procedures that use catheters with irrigated tips are well established therapeutic options for the treatment of cardiac arrhythmias and when used in a modified mode might offer an additional system for suppressing passive catheter heating. Methods: A two-step approach was chosen. Firstly, tests on passive catheter heating were performed in a 1.5 T Avanto system (Siemens Healthcare Sector, Erlangen, Germany) using a ASTM Phantom in order to determine a possible maximum temperature rise. Secondly, a phantom was designed for simulation of the interface between blood and the vascular wall. The MR-RF induced temperature rise was simulated by catheter tip heating via a standard ablation generator. Power levels from 1 to 6 W were selected. Ablation duration was 120 s with no tip irrigation during the first 60 s and irrigation at rates from 2 ml/min to 35 ml/min for the remaining 60 s (Biotronik Qiona Pump, Berlin, Germany). The temperature was measured with fluoroscopic sensors (Luxtron, Santa Barbara, CA, USA) at a distance of 0 mm, 2 mm, 4 mm, and 6 mm from the catheter tip. Results: A maximum temperature rise of 22.4 degrees C at the catheter tip was documented in the MR scanner. This temperature rise is equivalent to the heating effect of an ablator's power output of 6 W at a contact force of the weight of 90 g (0.883 N). The catheter tip irrigation was able to limit the temperature rise to less than 2 degrees C for the majority of examined power levels, and for all examined power levels the residual temperature rise was less than 8 degrees C. Conclusion: Up to a maximum of 22.4 degrees C, the temperature rise at the tissue surface can be entirely suppressed by using the catheter's own irrigation system. The irrigated tip system can be used to increase MR safety of EP catheters by suppressing the effects of unwanted passive catheter heating due to RF exposure from the MR scanner.}, language = {en} } @phdthesis{Jung2002, author = {Jung, Sven}, title = {Forensische DNA-Analytik}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3031}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2002}, abstract = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene M{\"o}glichkeiten, die die mitochondriale DNA-Analytik f{\"u}r die Spurenkunde und die Populationsgenetik er{\"o}ffnet, ausgelotet. Polymorphismen der beiden nichtcodierenden hypervariablen Regionen HV1 und HV2 wurden durch Sequenzierung erschlossen und ergaben zusammen f{\"u}r eine deutsche Populationsstichprobe (Unterfranken, n = 180) einen Diskriminationsindex (DI) von 0,99. Der DI betrug bei alleiniger Betrachtung der HV1 f{\"u}r eine deutsche (n = 198), t{\"u}rkische (n = 37), {\"a}thiopische (n = 65) und chinesische (n = 60) Populationsstichprobe jeweils 0,97, 0,97, 0,96 und 0,98. L{\"o}sungen f{\"u}r spezifische Sequenzierungsprobleme der mitochondrialen DNA wurden gefunden, so dass ein reibungsloser Einsatz in der Laborroutine gew{\"a}hrleistet ist. Die Mutationsh{\"a}ufigkeit in der HV1 und HV2 wurde mit einem Wert von ca. einem Basenaustausch bei 50 Generationswechseln festgestellt. Die N{\"u}tzlichkeit der mitochondrialen DNA f{\"u}r rechtsmedizinische Belange hat sich bereits mehrfach best{\"a}tigt. Insbesondere bei der Untersuchung von Haarsch{\"a}ften und telogenen Haaren zeigte sich, dass mit Hilfe mitochondrialer DNA noch erfolgreiche Amplifikationen durchgef{\"u}hrt werden k{\"o}nnen, wenn die klassischen STR-Systeme bereits versagen. Die f{\"u}r spurenkundliche Analysen sinnvolle Sequenz-Analyse der HVs wurde f{\"u}r populationsgenetische Untersuchungen als ungeeignet erkannt. Untersuchungen auf Grund einer Einteilung in Haplogruppen erbrachten hingegen verwertbare Ergebnisse. Beim Vergleich der verschiedenen Populationen unter Zuhilfenahme weiterer, andernorts untersuchter Bev{\"o}lkerungsgruppen zeigte sich, dass es durchaus m{\"o}glich ist, an Hand der mitochondrialen DNA Populationen verschiedener Kontinente voneinander abzugrenzen. Innerhalb Europas (Kaukasier) ist eine derartige Abgrenzung hingegen nicht m{\"o}glich, geschweige denn, dass Wanderungsbewegungen o.{\"a}. nachweisbar w{\"a}ren. Dies gilt sowohl f{\"u}r Untersuchungen auf Grund der Sequenzen der hypervariablen Regionen, als auch basierend auf Untersuchungen der Haplogruppen. Andere variable Regionen der mitochondrialen DNA erwiesen sich als zu wenig aussagekr{\"a}ftig, als dass sie in der rechtsmedizinischen Praxis von besonderer Relevanz w{\"a}ren. Die Analyse des hochkonservierten Cytochrom b Genes kann dagegen als geeignetes Mittel zur Speziesidentifikation betrachtet werden. Unsicherheiten bei der RFLP-Darstellung machen jedoch unter Umst{\"a}nden eine Sequenzierung des Genes n{\"o}tig. Ein im ersten Intron des X-Y homologen Amelogenin-Gens liegendes, geschlechtspezifisch polymorphes STR-System wurde eingef{\"u}hrt, welches auch f{\"u}r die automatisierte Auftrennung im Sequenz-Analysator geeignet ist. Die vier autosomalen STR-Systeme D3S1358, D8S1179, D18S51 und D21S11 wurden f{\"u}r die forensische Praxis als Einzelsysteme etabliert. Zu diesen Systemen wurden jeweils unterfr{\"a}nkische Populationsstichproben typisiert, um f{\"u}r diese Region relevantes Datenmaterial zu erhalten. Zur Erweiterung der bereits vorhandenen Y-chromosomalen STR-Spektrums wurde das aussagekr{\"a}ftige Mikrosatellitensystem DYS385 eingef{\"u}hrt. Auch mit diesem System wurde eine unterfr{\"a}nkische Populationsstichprobe typisiert. Die Mutationsh{\"a}ufigkeit verschiedener STR-Systeme wurde untersucht und die gefundenen Ergebnisse lagen im Vergleich mit anderen Arbeiten im erwarteten Rahmen. F{\"u}r die DNA-Extraktion aus in Formalin fixiertem und in Paraffin eingebettetem Gewebe wurde eine geeignete Methode gefunden, auch aus Geweben, die sehr lange in Formalin fixiert wurden, noch typisierbare DNA zu extrahieren. Die untersuchten Extraktionsprotokolle f{\"u}r unbehandelte Gewebeproben zeigten untereinander keine gravierenden Unterschiede. Der begrenzende Faktor f{\"u}r eine erfolgreiche DNA-Extraktion ist hier vielmehr der Zersetzungsgrad des behandelten Gewebes und die damit einhergehende Degradation der DNA. Insofern ist es sinnvoll in F{\"a}llen, in denen unbehandeltes Gewebematerial l{\"a}ngere Zeit unwirtlichen Bedingungen ausgesetzt war, gleich auf eine DNA-Extraktionsmethode aus Knochenmaterial, wie die in dieser Arbeit beschriebene, zur{\"u}ckzugreifen.}, subject = {DNS}, language = {de} } @phdthesis{Polzin2001, author = {Polzin, Silke}, title = {Lebensaltersch{\"a}tzung aus biologischem Material anhand der 4.977 bp-Deletion in menschlicher mitochondrialer DNA}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-2999}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2001}, abstract = {Neben der Frage nach dem Lebensalter als Kriterium zur Identifizierung unbekannter Leichen und menschlicher {\"U}berreste, wird der Bedarf einer Alterssch{\"a}tzung an lebenden Personen derzeit immer gr{\"o}ßer. Hinzu kommt die Hoffnung, aus Spuren R{\"u}ckschl{\"u}sse auf das Alter des Spurenlegers ziehen zu k{\"o}nnen. Ziel dieser Arbeit war es, aus verschiedenen biologischen Materialien das Alter anhand der 4.977 bp-Deletion in menschlicher mitochondrialer DNA absch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen, wobei der Schwerpunkt auf Material von lebenden Personen lag. Hierzu wurde mit Hilfe geeigneter DNA-Extraktionsmethoden aus verschiedenen Gewebearten, ven{\"o}sem Vollblut, Mundschleimhautabstrichen und Haarwurzeln ausreichend DNA guter Qualit{\"a}t gewonnen. Die Schwierigkeit dieser Untersuchung lag in der Erm{\"o}glichung einer Quantifizierungsmethode zur Erfassung der 4.977 bp-Deletion. Dieses Problem wurde, nach der Wahl optimaler Primer und Amplifizierung spezifischer DNA-Fragmente, f{\"u}r die deletierte und die normale mtDNA unter optimierten PCR-Bedingungen im Multi-plex-Ansatz, mit Hilfe der Kapillarelektrophorese gel{\"o}st. Mit ihr konnte der Anteil der 4.977 bp-deletierten und der normalen mtDNA durch die computeranalysierten Peakfl{\"a}chen der beiden Fragmente bestimmt und miteinander in Verh{\"a}ltnis gesetzt werden. Dieses Verh{\"a}ltnis wurde durch den Quotienten IDel/INorm ausgedr{\"u}ckt. Die gewonnenen Ergebnisse wurden anschließend ausgedehnten statistischen Erhebungen unterzogen. Die 4.977 bp-Deletion zeigte in allen untersuchten Materialien eine eindeutige Altersabh{\"a}ngigkeit. Dies wurde an der Zunahme des Quotienten IDel/INorm mit steigendem Alter ersichtlich. F{\"u}r die verschiedenen Gewebearten war die Abh{\"a}ngigkeit dieser Deletion vom Alter bereits aus der Literatur bekannt. Im Blut wurde diese jedoch erstmalig gezeigt, ebenso wie in den Mundschleimhautabstrichen, die bisher noch nie f{\"u}r Untersuchungen der 4.977 bp-Deletion herangezogen wurden. In den Haarwurzeln konnte die Deletion nicht nachgewiesen werden. Auff{\"a}llig war hierbei, dass die Altersabh{\"a}ngigkeit von Material zu Material unterschiedlich ausgepr{\"a}gt war. Der gr{\"o}ßte Anteil deletierter mtDNA fand sich im Gehirngewebe, gefolgt von Skelettmuskulatur, Herz, Lunge, Milz, Niere Leber und Haut. F{\"u}r diese unterschiedliche Akkumulierung der 4.977 bp-Deletion finden sich zwei m{\"o}gliche Erkl{\"a}rungsans{\"a}tze, die Theorie einer unterschiedlichen Mitoserate und die einer unterschiedlichen Stoffwechselaktivit{\"a}t, die beide die gewonnene Rangfolge best{\"a}tigen. Des Weiteren wurde eine Abh{\"a}ngigkeit der 4.977 bp-Deletion von der in die PCR eingesetzten DNA-Menge festgestellt. Dieser Effekt muss im Zusammenhang mit der unterschiedlichen Amplifizierungseffizienz der beiden relevanten DNA-Fragmente gesehen werden, wodurch jedoch die Einschr{\"a}nkungen der angewandten unkontrollierten Multiplex-PCR mit anschließender semi-quantitativer Detektion der Amplifikations- produkte deutlich werden. Unter Ber{\"u}cksichtigung der Einschr{\"a}nkungen gelang anhand von Perzentilentabellen eine Alterssch{\"a}tzung mit der Angabe einer Altersspanne von ungef{\"a}hr 30 Jahren. Um eine genauere Alterssch{\"a}tzung zu erreichen, w{\"a}re eine Optimierung der Methode, z. B. durch Anwendung einer real-time quantitativen PCR, und eine Einbeziehung einer noch gr{\"o}ßeren Probenzahl n{\"o}tig.}, language = {de} }