TY  - THES
A1  - Huang, Hua
T1  - Comparative investigation of the chemical composition and the water permeability of fruit and leaf cuticles
T1  - Vergleichende Untersuchung zur chemischen Zusammensetzung und zur Wasserpermeabilität der Kutikula von Früchten und Blättern
N2  - The plant cuticle is a continuous extracellular protective layer covering the outermost surfaces of higher plants that are in contact with the surrounding atmosphere. The primary function of the cuticular lipid membrane, which is mainly composed of biopolymer cutin and cuticular waxes, is to protect the plant organs against uncontrolled water loss. The chemical composition and the biophysical properties of cuticular waxes affect the rate of water diffusion across the cuticle. Fruit transpiration plays an important role in the development and the maintenance of fruit quality. The fruit has been suggested to present better dehydration stress tolerance than the leaf. However, the differences in transpiration and the chemical composition of cuticular waxes between fruit and leaf have yet to be comprehensively investigated. 
The present study aims to investigate the water permeability and cuticular wax composition of fruit and leaf cuticles of a wide range of plant species and to elucidate the different roles of the cuticular wax components in the transpiration barrier. To address these objectives, fruit and leaf samples from 17 species were investigated. The cuticular transpiration of intact fruits and astomatous adaxial leaf surfaces and the minimum leaf conductance obtained by leaf drying curves for intact leaves were gravimetrically determined for a variety of plant species. The chemical composition of cuticular waxes of fruits and leaves was thoroughly analysed by gas chromatography with flame ionization and mass spectrometry.
The water permeability of fruits ranged from 3.7 x 10-5 m s-1 (Prunus domestica subsp. syriaca) to 37.4 x 10-5 m s-1 (Coffea arabica), whereas permeability for leaves varied between 1.6 x 10-5 m s-1 (Cornus officinalis) and 4.5 x 10-5 m s-1 (Prunus domestica subsp. syriaca (L.)). The interspecies range of water permeability of fruits was significantly higher than that of leaves. Chemical analyses of the cuticular waxes demonstrated that fatty acids, primary alcohols, n-alkanes, aldehydes and alkyl esters were the predominant very-long-chain aliphatic compound classes of fruit and leaf surfaces. Sterols, such as β-sitosterol and campesterol, and triterpenoids, such as oleanolic acid, ursolic acid, α-amyrin and ß-amyrin, were the major cyclic compound classes in the cuticular wax membrane. 
The amount and composition of cuticular waxes of both fruits and leaves varied at an intraspecific level. There were no significant correlations between the total cuticular wax load or the individual cuticular wax composition and the water permeability of fruits or leaves independently or together. After combining the fruit and leaf data set, a significant correlation between the average chain length of very-long-chain aliphatic compounds and permeabilities was detected, i.e. the longer the average chain length, the lower the water permeability.
Interestingly, n-Nonacosane (C29) was abundantly detected in fruit waxes of Rosaceae species. These fruits exhibited a relatively low transpiration level, which was very close to their leaf cuticular permeability. The present study suggests that the lower cuticular permeability of leaves, in comparison to that of fruits, may be attributed to the longer average chain length of aliphatic compounds. The accumulation of total wax, triterpenoids and aliphatic compounds may not contribute to the transpiration barrier directly. The present results are highly consistent with the previous model assumptions for the cuticular structure and transport barrier. Furthermore, this comparative study on leaf and fruit cuticles provides further insights linking the cuticular wax chemistry to the physiological properties of the plant cuticle.
N2  - Die pflanzliche Kutikula ist eine kontinuierliche extrazelluläre Schutzschicht, welche die oberirdischen primären Abschlussgewebe höherer Pflanzen bedeckt, die in Kontakt mit der umgebenden Atmosphäre stehen. Die primäre Funktion der lipophilen Kutikularmembran, die hauptsächlich aus dem Biopolymer Kutin und kutikulären Wachsen aufgebaut ist, besteht darin, die Pflanzenorgane vor unkontrolliertem Wasserverlust zu schützen. Die chemische Zusammensetzung und die biophysikalischen Eigenschaften von kutikulären Wachsen beeinflussen weitgehend die Geschwindigkeit der Wasserdiffusion über die Kutikula. Die Transpiration von Früchten spielt eine wichtige Rolle in der Ausbildung und Beständigkeit von Fruchtqualitätsmerkmalen. Unterschiede in der Transpiration und der chemischen Zusammensetzung der kutikulären Wachse zwischen Frucht und Blatt sollten untersucht werden.
Die vorliegende Studie zielt darauf ab, die Wasserpermeabilität und die kutikuläre Wachszusammensetzung von Früchten und Blättern aus einem breiten Spektrum von Pflanzenarten zu untersuchen und die verschiedenen Rollen der kutikulären Wachskomponenten in den Transpirationsbarriereeigenschaften aufzuklären. Um diesen Zielen näherzukommen, wurden Frucht- und Blattproben von 17 Arten untersucht. Die kutikuläre Transpiration von intakten Früchten und astomatären adaxialen Blattoberflächen ausgewählter Arten sowie der minimale Leitwert von deren Blättern, ermittelt durch Austrocknungskurven mit intakten Blättern, wurden gravimetrisch bestimmt. Die chemische Zusammensetzung der kutikulären Wachse von Früchten und Blättern wurde durch Gaschromatographie mit Flammenionisation und Massenspektrometrie nachgewiesen.
Die Wasserdurchlässigkeit von Früchten reichte von 3,7 x 10-5 m s-1 (Prunus domestica subsp. syriaca) bis 37,4 x 10-5 m s-1 (Coffea arabica), während die Werte für Blätter zwischen 1,6 x 10-5 m s-1 (Cornus officinalis) und 4,5 x 10-5 m s-1 variierten (Prunus domestica subsp. syriaca). Der interspezifische Vergleich der Wasserdurchlässigkeit von Früchten war deutlich höher als die der Blätter. Chemische Analysen der kutikulären Wachse zeigten, dass Fettsäuren, primäre Alkohole, n-Alkane, Aldehyde und Alkylester die häufigsten sehr langkettigen aliphatischen Verbindungsklassen für Früchte und Blätter waren. Sterole wie β-Sitosterol und Campesterol und Triterpenoide zum Beispiel Oleanolsäure, Ursolsäure, α-Amyrin und ß-Amyrin, waren die wichtigsten zyklischen Verbindungsklassen in den kutikulären Wachsmischungen. Die Menge und Zusammensetzung der kutikulären Wachse, sowohl von Früchten als auch von Blättern, variierte auf intraspezifischer Ebene. Es waren keine signifikanten Korrelationen zwischen der Menge der kutikulären Wachsablagerung oder der kutikulären Wachszusammensetzung und der Wasserdurchlässigkeit von Frucht- und/oder Blattoberflächen zu erkennen. Wurden die Frucht- und Blattdatensätze zusammen untersucht, so war eine signifikante Korrelation zwischen der durchschnittlichen Kettenlänge von sehr langkettigen aliphatischen Verbindungen und der Permeabilität festzustellen, ging eine längere durchschnittliche Kettenlänge mit geringerer Wasserdurchlässigkeit einher.
Interessanterweise wurden große Mengen an n-Nonacosan in Fruchtwachsen der untersuchten Rosaceae-Arten nachgewiesen. Diese Früchte zeigten ein relativ niedriges Transpirationsniveau, das sehr nahe an der Permeabilität ihrer Blattkutikeln lag. Die vorliegende Studie liefert weitere Belege dafür, dass der im Allgemeinen niedrigere minimale Leitwert von Blättern auf die – im Vergleich zur Kutikula von Früchten – längere durchschnittliche Kettenlänge der aliphatischen Verbindungen zurückzuführen ist. Die Anhäufung von Gesamtwachs, Triterpenoiden oder aliphatischen Verbindungen trägt nicht direkt zur Transpirationsbarriere bei. Die vorliegenden Ergebnisse decken sich in hohem Maße mit den bisherigen Modellannahmen zur Struktur der Kutikula und der von ihr vermittelten Funktion als Transpirationsbarriere. Darüber hinaus gibt diese Vergleichsstudie über die Kutikula von Früchten und Blättern zahlreiche Einblicke, die dabei helfen können, die kutikuläre Wachschemie mit den physiologischen Eigenschaften der pflanzlichen Kutikula zu verknüpfen.
KW  - Cuticle
KW  - Transpiration barrier
KW  - Fruit
KW  - Leaf
KW  - Permeability
KW  - ACL
KW  - Cuticular water permeabilities
KW  - Cuticular waxes
KW  - Aliphatics
KW  - Cyclics
KW  - Chain-length distribution
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-152948
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bischofberger, Simon
T1  - Entwicklung und biomechanische Untersuchungen eines Kreuzbandkonstrukts aus biomaterialbasiertem Kollagen I
T1  - Development and biomechanical studies of biomaterial based collagen I anteriorcruciate ligament construct
N2  - Das ACL ist eine der am häufigsten verletzten Strukturen des menschlichen Körpers bei Sportunfällen und die Anzahl der Rekonstruktionen wird weiterhin zunehmen. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in der Charakterisierung der biomechanischen Eigenschaften von Sehnen und Bändern erzielt und neue Ansätze auf dem Gebiet des Tissue Engineering eröffnen neue Möglichkeiten. In dieser Arbeit wurde ein ACL-Konstrukt aus biomaterialbasiertem Kollagen I entwickelt und getestet. Die gewonnenen Ergebnisse können als Grundlage für die Herstellung eines Kreuzbandkonstruktes verwendet werden.
N2  - The ACL is one of the most common injured structures of the human body in sports accidents and the number of reconstructions will continue to grow. In recent years, major advances in the characterization of the biomechanical properties of tendons and ligaments have been achieved and new approaches in the field of tissue engineering offer new opportunities. In this work an ACL construct of biomaterial based collagen I was developed and tested. The results can be used as a basis for the production of a ligament constructs.
KW  - Kreuzband
KW  - Kollagen
KW  - Konstrukt
KW  - ACL
KW  - Collagen
KW  - Scaffold
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85648
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haddad-Weber, Meike
T1  - Development of stem cell-based ACL- and tendon reconstruction
T1  - Entwicklung Stammzell-basierter Konstrukte für den Kreuzband- und Sehnenersatz
N2  - Ruptures of the anterior cruciate ligament (ACL) and defects of the rotator cuff represent the most common ligament and tendon injuries in knee and shoulder. Both injuries represent significant implications for the patients. After an injury, the ACL and the rotator cuff both exhibit poor intrinsic healing capacities. In order to prevent further defects such as arthritis of the knee and fatty infiltration of the rotator cuff, surgical interaction is essential. In both cases, the currently used surgical techniques are far from optimal because even after the therapy many patients report problems ranging from pain and reduced mobility to complete dysfunction of the involved joint and muscles. Tissue engineering may be a possible solution. It is a promising field of regenerative medicine and might be an advantageous alternative for the treatment of musculoskeletal injuries and diseases in the near future. In this thesis, different tissue engineering based approaches were investigated. For the reconstruction of damaged or diseased ligaments and tendons, the use of MSCs and gene therapy with growth factors is especially suitable and possesses a great therapeutic potential. Therefore, the first method studied and tested in this thesis was the development of a biomaterial based construct for the repair of a ruptured ACL. The second approach represents a cell based strategy for the treatment of the fatty infiltration in the rotator cuff. The third approach was a combined cell, biomaterial, and growth factor based strategy for ACL ruptures. Biomaterial based ACL construct The implant is currently tested in a preclinical in vivo study in mini pigs. This proof-of-principle study is performed to validate the functional capability of the collagen fiber based implant under load in vivo and its population with fibroblasts which produce a ligamentogenic matrix. Cell based treatment of the fatty infiltration in the rotator cuff Regarding the treatment of the fatty infiltration of the rotator cuff in a rabbit model, the in vivo results are also promising. The group treated with autologous MSCs (+MSC group) showed a lower fat content than the untreated group (–MSC group) 6 weeks after the treatment. Furthermore, the SSP muscle of the MSC-treated animals revealed macroscopically and microscopically only few differences compared to the healthy control group. The exact underlying mechanisms leading to the positive results of the treatment are not yet fully understood and have therefore to be further investigated in the future. Cell, biomaterial, and growth factor based treatment of ACL ruptures Studies described in current literature show that collagen hydrogel scaffolds are not ideal for a complete ligament or tendon reconstruction, because of their insufficient mechanical stability. Introduced as an alternative and superior therapy, the combined strategy used in this thesis proves that the cultivation of BMP-12, -13, and IGF-1 transduced MSCs and ACL fibroblasts in a collagen hydrogel is successful. The results of the performed in vitro study reveal that the cells exhibit a fibroblastic appearance and produce a ligamentogenic matrix after 3 weeks. Furthermore, the adenoviral transduction of MSCs and ACL fibroblasts showed no negative effects on proliferation or viability of the cells nor was apoptosis caused. Therefore, the application of these cells represents a possible future therapy for a partial ligament and tendon rupture where the mechanical stability of the remaining ligament or tendon is sufficient and the healing can be improved substantially by this therapy. In general, prospective randomized clinical trials still have to prove the postulated positive effect of MSCs for the treatment of various musculoskeletal diseases, but the results obtained here are already very promising. Ideally, the treatment with MSCs is superior compared to the standard surgical procedures. Because of current safety issues the use of genetically modified cells cannot be expected to be applied clinically in the near future. In summary, the different tissue engineering approaches for novel therapies for musculoskeletal injuries and diseases invested in this thesis showed very promising results and will be further developed and tested in preclinical and clinical trials.
N2  - 7.2 Zusammenfassung Kreuzbandrupturen und Defekte im Bereich der Rotatorenmanschette stellen die häufigsten Band- und Sehnenverletzungen im Kniegelenk bzw. in der Schulter dar. Beide Verletzungen haben erhebliche Auswirkungen für den Patienten. Sowohl das Kreuzband als auch die Rotatorenmanschette weisen ein sehr schlechtes Heilungspotential nach einer Verletzung auf. Um weiteren Schäden wie einer Kniegelenksarthrose oder einer Verfettung der Rotatorenmanschette vorzubeugen, ist ein operativer Eingriff erforderlich. In beiden Fällen sind die zurzeit verwendeten Behandlungsstandards nicht optimal, da auch nach einer Therapie viele Patienten über Beschwerden klagen, die von Schmerzen und einer eingeschränkten Mobilität bis hin zu einer kompletten Dysfunktion des betroffenen Gelenks und Muskels reichen. Tissue Engineering ist ein zukunftsträchtiges Feld der Regenerativen Medizin und kann ein möglicher Lösungsansatz sein. Vor allem bei der Behandlung von muskuloskelettalen Verletzungen und Erkrankungen kann es zukünftig eine vorteilhafte Behandlungsalternative darstellen. In dieser Doktorarbeit wurden verschiedene Tissue Engineering-basierte Lösungsansätze untersucht. Zur Rekonstruktion von defektem Band- und Sehnengewebe sind sowohl der Einsatz von mesenchymalen Stammzellen (MSZ) als auch die Gentherapie mit Wachstumsfaktoren besonders geeignet und weisen ein großes therapeutisches Potential auf. Deswegen wurde in der vorliegenden Doktorarbeit als erster innovativer Therapieansatz ein Biomaterial-basiertes Konstrukt für den Ersatz eines gerissenen Kreuzbandes entwickelt und getestet. Der zweite Lösungsansatz stellt eine Zell-basierte Therapie zur Behandlung einer fettigen Atrophie der Rotatorenmanschette dar. Die dritte Methode kombiniert Zellen, Biomaterialien und Wachstumsfaktoren zur Therapie von Kreuzbandrupturen. Biomaterial-basiertes Kreuzbandkonstrukt Das Implantat wird zurzeit in einer präklinischen in vivo Studie am Mini Pig getestet. Diese Proof-of-Principle Studie wird durchgeführt, um die Funktionsfähigkeit der Kollagenfaser-basierten Implantate unter Belastung in vivo zu validieren und ihre Besiedelung mit Fibroblasten, die eine ligamentäre Matrix ausbilden, zu beobachten. Zell-basierte Behandlung der fettig-infiltrieten Rotatorenmanschette Auch bei der Behandlung der fettigen Infiltration der Rotatorenmanschette im Kaninchenmodel, wurden in vivo sehr viel versprechende Ergebnisse erzielt. Die mit autologen MSZ (+MSZ-Gruppe) behandelte Gruppe zeigte nach 6 Wochen einen deutlich geringeren Fettanteil als die unbehandelte Gruppe (-MSZ-Gruppe). Des Weiteren wies der SSP-Muskel aller MSZ-behandelten Tiere sowohl makroskopisch als auch mikroskopisch nur geringe Unterschiede im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe auf. Der genaue zugrunde liegende Mechanismus dieser erfolgreichen Behandlung konnte bisher noch nicht genau geklärt werden und muss in zukünftigen Studien weiter untersucht werden. Zell-, Biomaterial- und Wachstumsfaktor-basierte Behandlung von Kreuzbandrupturen In der aktuellen Literatur beschriebenen Studien zeigen, dass Kollagenhydrogel-konstrukte aufgrund der fehlenden biomechanischen Stabilität nicht geeignet sind für den kompletten Band- bzw. Sehnenersatz. Als vorteilhafte Behandlungsalternative wurde in der vorliegenden Arbeit eine kombinierte Strategie entwickelt und erfolgreich in vitro getestet: Die Kultivierung von BMP-12-, -13- bzw. IGF-1-transduzierten MSZ und Kreuzbandfibroblasten in einem Kollagenhydrogel verlief sehr viel versprechend und ergab, dass die Zellen nach 3 Wochen im Kollagenhydrogel eine fibroblastäre Morphologie aufweisen und eine ligamentäre Matrix ausbilden. Des Weiteren führte die adenovirale Transduktion der Zellen weder zu negativen Auswirkungen auf das Proliferationsverhalten noch auf die Vitalität der Zellen und löste auch keine Apoptose bei den transduzierten Zellen aus. Zukünftig kann der Einsatz dieser Zellen deswegen ein möglicher Ansatz zur Behandlung von Teilrupturen bei Bändern und Sehnen darstellen, bei denen die biomechanische Stabilität ausreichend ist und die Heilung durch die Therapie wesentlich verbessert wird. Im Allgemeinen müssen prospektive randomisierte klinische Studien zeigen, ob sich der positive Effekt der MSZ bei der Behandlung von Erkrankungen des muskuloskelettalen Systems in der Orthopädie und Unfallchirurgie bewährt, wobei die in der vorliegenden Arbeit erzielten Ergebnisse sehr Erfolg versprechend sind. Idealerweise erweist sich die Behandlung mit MSZ als deutlich vorteilhaft gegenüber den bisher etablierten chirurgischen Standardverfahren. Aufgrund der bestehenden Sicherheitsrichtlinien für den Einsatz von gentherapeutischen modifizierten Zellen ist mit deren Verwendung zur Behandlung von Band- und Sehnenerkrankungen in naher Zukunft nicht zu rechnen. Zusammenfassend führte die Untersuchung der unterschiedlichen Tissue Engineering Ansätze, die in dieser Doktorarbeit als neue Therapien zur Behandlung von muskuloskelettalen Verletzungen und Erkrankungen evaluiert wurden, zu sehr viel versprechende Ergebnisse. Diese Therapieansätze sollen weiterentwickelt und in präklinischen und klinischen Studien getestet werden.
KW  - Kreuzband
KW  - Sehne
KW  - Tissue Engineering
KW  - Mesenchymale Stammzellen
KW  - Gentherpie
KW  - Zell-basierte Therapie
KW  - ACL
KW  - tendon
KW  - MSC
KW  - genetherapy
KW  - cell-based therapy
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66796
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schupp, Kathrin
T1  - In vitro Herstellung eines vorderen Kreuzbandkonstruktes aus mesenchymalen Stammzellen  und einem Kollagen Typ I-Hydrogel
T1  - Anterior cruciate ligament constructs fabricated from human mesenchymal stem cells in a collagen type I hydrogel in vitro
N2  - Verletzungen des vorderen Kreuzbandes gehören zu häufigsten Verletzungen des menschlichen Bandapparates. Da das vordere Kreuzband über ein schlechtes intrinsisches Heilungspotenzial verfügt, ist heutzutage die chirurgische Rekonstruktion mittels Sehnentransplantaten die Therapie der Wahl. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Fragestellung, ob es möglich ist, ein Kreuzband-Konstrukt aus mesenchymalen Stammzellen (MSCs) und einem Kollagen Typ I-Hydrogel herzustellen und wie die Einwirkung von mechanischem Stress die Struktur und Eigenschaften eines solchen Bandäquivalentes verändert. Dafür wurden MSCs und endständige Knochenblöcke in ein Kollagen Typ I-Hydrogel eingebracht. Das Konstrukt wurde zunächst eine Woche horizontal kultiviert, um den Zellen eine Umwandlung des Gels und eine Anheftung der Knochenblöcke zu ermöglichen. Anschließend wurde über 2 Wochen eine zyklische Dehnung in einem speziell dafür entworfenen Bioreaktur auf das Konstrukt ausgeübt. Histochemische ( HE, Masson-Goldner, Azan, Sirius-Red) und immunhistochemische (Kollagen I und III, Fibronektin, Vimentin und Elastin) Färbungen zeigten eine Induktion der Matrixproduktion mit wellenförmig in Achse des Zuges ausgerichteten Kollagenfasern, die Zellkerne stellten sich elongiert dar. RT-PCR-Analysen zeigten ebenso eine deutlich vermehrte Expression der oben genannten Fibroblastenmarker. Bei ungedehnten, horizontal kultivierten Kontrollkonstrukten waren keinerlei Veränderungen der Matrix zu erkennen. Das Konstrukt war jedoch nicht stabil genug, um für die klinische Anwendung zum Einsatz zu kommen.
N2  - Disruptions of the anterior cruciate ligament (ACL) of the knee joint are common and are currently treated using ligament or tendon grafts. In this study we tested the hypothesis that it is possible to fabricate an ACL construct in vitro using mesenchymal stem cells (MSCs) in combination with an optimized collagen type I hydrogel. ACL constucts were molded using a collagen type I hydrogel containing 5x 105 MSCs/mL and bone cylinders at each end of the constructs. The constructs were kept in a horizontal position for one week to allow the cells and the gel to remodel and attach to the bone cylinders. Thereafter, cyclic stretching with 1 Hz was performed for two weeks in a specially designed bioreactor. Histochemical analysis for H&E, Masson-Goldner, Sirius-Red and Azan and immunhistochemical analysis for collagen types I and III, fibronectin, vimentin and elastin showed elongated fibroblast-like cells embedded in a wavy orientated collagenous tissue, together with a ligament-like extracellular matrix in the cyclic stretched constructs. No orientation of collagen fibers and cells and no formation of a ligament-like matrix could be seen in the non-stretched control group cultured in a horizontal position without tension for 3 weeks. RT-PCR analysis revealed an increased gene expression of collagen types I and III, fibronectin and elastin in the stretched constructs compared with the non-stretched controls. In conclusion, ACL-like constructs from a collagen type I hydrogen and MSCs have been fabricated. As shown by other investigators, who analysed the influence of cyclic stretching on the differentiation of MSCs, our results indicate a ligament-specific increased protein and gene expression and the formation of a ligament-like extracelluar matrix. But the fabricated constructs are still too weak for animal experiments or clinical application.
KW  - Tissue engineering
KW  - Kreuzband
KW  - mesenchymale Stammzellen
KW  - Tissue engineering
KW  - ACL
KW  - mesenchymal stem cells
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21620
ER  -