TY  - THES
A1  - Hutterer, née Herzog, Katharina
T1  - Treatment-like use of discrimination training to reduce generalization of conditioned fear
T1  - Behandlungsähnlicher Einsatz eines Diskriminationstrainings zur Verringerung von Generalisierung konditionierter Furcht
N2  - Anxiety patients overgeneralize fear, also because of an inability to perceptually discriminate threat and safety signals. Therefore, some studies have developed discrimination training that successfully reduced the occurrence of fear generalization. The present work is the first to take a treatment-like approach by using discrimination training after generalization has occurred. Therefore, two studies were conducted with healthy participants using the same fear conditioning and generalization paradigm, with two faces as conditioned stimuli (CSs), and four facial morphs between CSs as generalization stimuli (GSs). Only one face (CS+) was followed by a loud scream (unconditioned stimulus, US). In Study 1, participants underwent either fear-relevant (discriminating faces) or fear-irrelevant discrimination training (discriminating width of lines) or a non-discriminative control training between the two generalization tests, each with or without feedback (n = 20 each). Generalization of US expectancy was reduced more effectively by fear-relevant compared to fear-irrelevant discrimination training. However, neither discrimination training was more effective than non-discriminative control training. Moreover, feedback reduced generalization of US expectancy only in discrimination training. Study 2 was designed to replicate the effects of the discrimination-training conditions in a large sample (N = 244) and examine their benefits in individuals at risk for anxiety disorders. Again, feedback reduced fear generalization particularly well for US expectancy. Fear relevance was not confirmed to be particularly fear-reducing in healthy participants, but may enhance training effects in individuals at risk of anxiety disorder. In summary, this work provides evidence that existing fear generalization can be reduced by discrimination training, likely involving several (higher-level) processes besides perceptual discrimination (e.g., motivational mechanisms in feedback conditions). Its use may be promising as part of individualized therapy for patients with difficulty discriminating similar stimuli.
N2  - Angstpatienten übergeneralisieren Furcht, unter anderem weil sie nicht in der Lage sind, Bedrohungs- und Sicherheitsreize zu unterscheiden. Daher wurde in einigen Studien ein Diskriminationstraining entwickelt, das das Auftreten von Furchtgeneralisierung erfolgreich reduzierte. Die vorliegende Arbeit ist die erste, die einen behandlungsähnlichen Ansatz verfolgt, indem sie Diskriminationstraining einsetzt, nachdem die Generalisierung stattgefunden hat. Zu diesem Zweck wurden zwei Studien mit gesunden Teilnehmern durchgeführt, die dasselbe Paradigma zur Furchtkonditionierung und -generalisierung verwendeten, mit zwei Gesichtern als konditionierte Stimuli (CSs) und vier Gesichtsmorphen zwischen den CS als Generalisierungsstimuli (GSs). Nur auf ein Gesicht (CS+) folgte ein lauter Schrei (unkonditionierter Stimulus, US). In Studie 1 durchliefen die Teilnehmer zwischen den beiden Generalisierungstests entweder ein furchtrelevantes (Unterscheidung von Gesichtern) oder ein furchtirrelevantes Diskriminationstraining (Unterscheidung der Breite von Linien) oder ein non-diskriminatives Kontrolltraining, jeweils mit oder ohne Feedback (jeweils n = 20). Die Generalisierung der US-Erwartung wurde durch furchtrelevante im Vergleich zu furchtirrelevanten Diskriminationstrainings effektiver reduziert. Keines der beiden Diskriminationstrainings war jedoch effektiver als ein non-diskriminatives Kontrolltraining. Darüber hinaus verringerte das Feedback die Generalisierung der US-Erwartung nur im Diskriminationstraining. Studie 2 sollte die Effekte der Diskriminationstrainingsbedingungen in einer großen Stichprobe (N = 244) replizieren und ihre Effekte bei Individuen mit einem Risiko für Angststörungen untersuchen. Auch hier reduzierte das Feedback die Furchtgeneralisierung besonders gut für die US-Erwartung. Die Furchtrelevanz erwies sich bei gesunden Teilnehmern nicht als besonders furchtreduzierend, könnte aber die Trainingseffekte bei Personen mit einem Risiko einer Angststörung verstärken. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit Hinweise dafür liefert, dass bestehende Furchtgeneralisierung durch ein Diskriminationstraining reduziert werden kann, wobei wahrscheinlich mehrere Prozesse (höherer Ordnung) neben der perzeptuellen Diskrimination beteiligt sind (z. B. motivationale Mechanismen in den Feedback Bedingungen). Die Anwendung des Diskriminationstrainings als Teil einer individualisierten Therapie für Patienten mit Schwierigkeiten bei der Unterscheidung ähnlicher Stimuli könnte vielversprechend sein.
KW  - Furcht
KW  - Generalisierung
KW  - Diskriminationslernen
KW  - classical conditioning
KW  - fear generalization
KW  - discrimination training
KW  - Diskriminationstraining
KW  - Klassische Konditionierung
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-317286
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kühnemundt, Johanna
T1  - Defined microphysiologic 3D tumour models with aspects from the tumour microenvironment for the evaluation of cellular immunotherapies
T1  - Definierte mikrophysiologische 3D-Tumormodelle mit Aspekten aus der Tumormikroumgebung zur Evaluierung von zellulären Immuntherapien
N2  - Adoptive cellular immunotherapy with chimeric antigen receptor (CAR) T cells is highly effective in haematological malignancies. This success, however, has not been achieved in solid tumours so far. In contrast to hematologic malignancies, solid tumours include a hostile tumour microenvironment (TME), that poses additional challenges for curative effects and consistent therapeutic outcome. These challenges manifest in physical and immunological barriers that dampen efficacy of the CAR T cells. Preclinical testing of novel cellular immunotherapies is performed mainly in 2D cell culture and animal experiments. While 2D cell culture is an easy technique for efficacy analysis, animal studies reveal information about toxicity in vivo. However, 2D cell culture cannot fully reflect the complexity observed in vivo, because cells are cultured without anchorage to a matrix and only short-term periods are feasible. Animal studies provide a more complex tissue environment, but xenografts often lack human stroma and tumour inoculation occurs mostly ectopically. This emphasises the need for standardisable and scalable tumour models with incorporated TME-aspects, which enable preclinical testing with enhanced predictive value for the clinical outcome of immunotherapies. Therefore, microphysiologic 3D tumour models based on the biological SISmuc (Small Intestinal mucosa and Submucosa) matrix with preserved basement membrane were engaged and improved in this work to serve as a modular and versatile tumour model for efficacy testing of CAR T cells. In order to reflect a variety of cancer entities, TME-aspects, long-term stability and to enhance the read-out options they were further adapted to achieve scalable and standardisable defined microphysiologic 3D tumour models. In this work, novel culture modalities (semi-static, sandwich-culture) were characterised and established that led to an increased and organised tissue generation and long-term stability. Application of the SISmuc matrix was extended to sarcoma and melanoma models and serial bioluminescence intensity (BLI)-based in vivo imaging analysis was established in the microphysiologic 3D tumour models, which represents a time-efficient read-out method for quality evaluation of the models and treatment efficacy analysis, that is independent of the cell phenotype. Isolation of cancer-associated-fibroblasts (CAFs) from lung (tumour) tissue was demonstrated and CAF-implementation further led to stromal-enriched microphysiologic 3D tumour models with in vivo-comparable tissue-like architecture. Presence of CAFs was confirmed by CAF-associated markers (FAP, α-SMA, MMP-2/-9) and cytokines correlated with CAF phenotype, angiogenesis, invasion and immunomodulation. Additionally, an endothelial cell barrier was implemented for static and dynamic culture in a novel bioreactor set-up, which is of particular interest for the analysis of immune cell diapedesis. Studies in microphysiologic 3D Ewing’s sarcoma models indicated that sarcoma cells could be sensitised for GD2-targeting CAR T cells. After enhancing the scale of assessment of the microphysiologic 3D tumour models and improving them for CAR T cell testing, the tumour models were used to analyse their sensitivity towards differently designed receptor tyrosine kinase-like orphan receptor 1 (ROR1) CAR T cells and to study the effects of the incorporated TME-aspects on the CAR T cell treatment respectively. ROR1 has been described as a suitable target for several malignancies including triple negative breast cancer (TNBC), as well as lung cancer. Therefore, microphysiologic 3D TNBC and lung cancer models were established. Analysis of ROR1 CAR T cells that differed in costimulation, spacer length and targeting domain, revealed, that the microphysiologic 3D tumour models are highly sensitive and can distinguish optimal from sub-optimal CAR design. Here, higher affinity of the targeting domain induced stronger anti-tumour efficacy and anti-tumour function depended on spacer length, respectively. Long-term treatment for 14 days with ROR1 CAR T cells was demonstrated in dynamic microphysiologic 3D lung tumour models, which did not result in complete tumour cell removal, whereas direct injection of CAR T cells into TNBC and lung tumour models represented an alternative route of application in addition to administration via the medium flow, as it induced strong anti-tumour response. Influence of the incorporated TME-aspects on ROR1 CAR T cell therapy represented by CAF-incorporation and/or TGF-β supplementation was analysed. Presence of TGF-β revealed that the specific TGF-β receptor inhibitor SD-208 improves ROR1 CAR T cell function, because it effectively abrogated immunosuppressive effects of TGF-β in TNBC models. Implementation of CAFs should provide a physical and immunological barrier towards ROR1 CAR T cells, which, however, was not confirmed, as ROR1 CAR T cell function was retained in the presence of CAFs in stromal-enriched microphysiologic 3D lung tumour models. The absence of an effect of CAF enrichment on CAR T cell efficacy suggests a missing component for the development of an immunosuppressive TME, even though immunomodulatory cytokines were detected in co-culture models. Finally, improved gene-edited ROR1 CAR T cells lacking exhaustion-associated genes (PD-1, TGF-β-receptor or both) were challenged by the combination of CAF-enrichment and TGF-β in microphysiologic 3D TNBC models. Results indicated that the absence of PD-1 and TGF-β receptor leads to improved CAR T cells, that induce strong tumour cell lysis, and are protected against the hostile TME. Collectively, the microphysiologic 3D tumour models presented in this work reflect aspects of the hostile TME of solid tumours, engage BLI-based analysis and provide long-term tissue homeostasis. Therefore, they present a defined, scalable, reproducible, standardisable and exportable model for translational research with enhanced predictive value for efficacy testing and candidate selection of cellular immunotherapy, as exemplified by ROR1 CAR T cells.
N2  - Die adoptive Immuntherapie mit chimären Antigenrezeptor (CAR) exprimierenden T-Zellen zeigt bei hämatologischen Krebsformen eine hohe Wirksamkeit. Bisher konnte dieser Erfolg für solide Tumore nicht erreicht werden. Im Gegensatz zu hämatologischen Krebsformen zeigen solide Tumore eine feindliche Tumormikroumgebung (TME), die zusätzliche Herausforderungen für die Erlangung kurativer Effekte und konsistenter Therapieergebnisse darstellen. Diese Herausforderungen äußern sich in physikalischen und immunologischen Barrieren, welche die Wirksamkeit der CAR-T-Zellen abschwächt. Zur präklinischen Testung neuartiger zellulärer Immuntherapien werden hauptsächlich 2D-Zellkulturen und Tierstudien durchgeführt. 2D-Zellkulturexperimente eignen sich vor allem für Wirksamkeitsanalysen, während Tierstudien Aufschluss über die Toxizität in-vivo geben können. Allerdings kann die 2D-Zellkultur die Komplexität der in-vivo Situation nicht vollständig widerspiegeln, da die Zellen ohne Verankerung an einer Matrix kultiviert werden und nur kurzfristige Zeiträume abgebildet werden können. Tierstudien bieten einen komplexeren Gewebekontext, wobei Xenografts aber oft das humane Stroma fehlt und die Tumorinokulation meist ektopisch erfolgt. Dies unterstreicht den Bedarf an standardisierbaren und skalierbaren Tumormodellen mit inkorporierten TME-Aspekten, die präklinische Testungen mit erhöhtem Vorhersagewert für den klinischen Erfolg von Immuntherapien ermöglichen. Daher wurden in dieser Arbeit mikrophysiologische 3D-Tumormodelle auf Basis der biologischen SISmuc (Small Intestinal mukosa und Submukosa)-Matrix mit erhaltener Basalmembran eingesetzt und verbessert, um als modulares und vielseitiges Tumormodell für die Wirksamkeitsprüfung von CAR T-Zellen zu dienen. Um eine Vielzahl von Krebsentitäten, TME-Aspekte und Langzeitstabilität abzubilden und um die Ausleseparamter zu verbessern, wurden die Tumormodelle weiter angepasst um skalierbare und standardisierbare definierte mikrophysiologische 3D Tumormodelle zu erhalten. In der vorliegenden Arbeit wurden neue Kulturmodalitäten (semistatische Kultur, Sandwich-Kultur) charakterisiert und etabliert, die zu einer vermehrten und erhöhten Gewebebildung sowie Langzeitstabilität der Modelle führen. Die Anwendung der SISmuc-Matrix wurde auf Sarkom- und Melanom-Modelle erweitert und in den mikrophysiologischen 3D-Tumormodellen wurde ein serielles Biolumineszenz-Intensitäts (BLI)-basiertes In-vivo-Analyse-Verfahren etabliert, welches eine zeiteffiziente Methode für die Qualitätsbewertung der Modelle sowie die Analyse der Therapiewirksamkeit darstellt, welche unabhängig vom Zell-Phänotyp ist. Die Isolation von Krebs-assoziierten Fibroblasten (CAFs) aus Lungen-(Tumor) Gewebe wurde demonstriert und die CAF-Implementierung führte des Weiteren zu stromal-angereicherten mikrophysiologischen 3D-Tumormodellen mit in-vivo vergleichbarer gewebeähnlicher Architektur. CAFs wurden mit Hilfe von CAF-assoziierten Markern (FAP, α-SMA, MMP-2/-9) und einer Zytokinanalyse in den Modellen identifiziert. Diese bestätigte ebenfalls Zytokine, welche mit Angiogenese, Invasion und Immunmodulation assoziiert sind. Zusätzlich wurde eine Endothelzellbarriere sowohl in statischer als auch in der dynamischen Kultur implementiert, wofür ein neuer Bioreaktoraufbau verwendet wurde, welcher insbesondere für die Analyse der Immunzelldiapedesis interessant ist. Studien in mikrophysiologischen 3D-Ewing-Sarkom-Modellen zeigten, dass diese für GD2-spezifische CAR-T-Zellen sensibilisiert werden können. Nach der Erweiterung des Untersuchungsumfangs der mikrophysiologischen 3D-Tumormodelle und deren Verbesserung für die CAR-T-Zell-Testung wurden die Tumormodelle verwendet, um ihre Sensitivität gegenüber unterschiedlich designten Rezeptor-Tyrosinkinase-like Orphan-Rezeptor 1 (ROR1) -spezifischen CAR-T-Zellen zu analysieren. Des Weiteren wurden die Auswirkungen der eingebauten TME-Aspekte auf die CAR-T-Therapie untersucht. ROR1 wurde als geeignetes Ziel für verschiedene maligne Erkrankungen beschrieben, darunter auch triple-negtive-breast-cancer (TNBC) und Lungenkrebs. Daher wurden mikrophysiologische 3D-TNBC- und Lungenkrebs-Modelle für die Testungen aufgebaut. Die Analyse von ROR1-CAR-T-Zellen, die sich in Kostimulation, Spacerlänge und der Ziel-Domäne unterschieden, zeigte, dass die mikrophysiologischen 3D-Tumormodelle eine hohe Sensitivität zur Unterscheidung von suboptimal und optimal designten CARs aufweisen. Dabei induzierte eine Ziel-Domäne mit höherer Affinität eine stärkere Anti-Tumor-Wirkung. Zusätzlich war die Anti-Tumor-Funktion abhängig von der Spacerlänge. In dynamischen mikrophysiologischen 3D-Lungentumormodellen wurde eine Langzeitbehandlung über 14 Tage mit ROR1-CAR-T-Zellen realisiert, die jedoch nicht zu einer vollständigen Entfernung der Tumorzellen führte. Die direkte Injektion von CAR-T-Zellen in TNBC- und Lungentumormodellen induzierte eine starke Anti-Tumorantwort und stellt somit neben der Zugabe über den Medienstrom einen alternativen Applikationsweg dar. Des Weiteren wurde der Einfluss der inkorporierten TME-Aspekte auf die ROR1 CAR T-Zelltherapie untersucht, welche sich durch CAF-Inkorporation und/oder TGF-β-Supplementierung darstellten. Die Zugabe von TGF-β zeigte, dass der spezifische TGF-β-Rezeptor-Inhibitor SD-208 die Funktion der ROR1 CAR T-Zellen verbesserte, da er die immunsuppressiven Effekte von TGF-β in TNBC-Modellen effektiv aufhob. Die Implementierung von CAFs sollte eine physikalische und immunologische Barriere gegenüber ROR1 CAR T-Zellen darstellen, was sich jedoch nicht bestätigte, da die Funktion der ROR1 CAR T-Zellen in Anwesenheit von CAFs in stromal-angereicherten mikrophysiologischen 3D-Lungentumormodellen erhalten blieb. Das Fehlen eines Effekts der CAF-Anreicherung auf die CAR T-Zell-Effektivität deutet auf eine fehlende Komponente für die Entwicklung eines immunsuppressiven TME hin, obwohl immunmodulatorische Zytokine in Co-Kultur-Modellen nachgewiesen wurden. Schließlich wurden verbesserte gen-editierte ROR1-CAR-T-Zellen, denen erschöpfungsassoziierte Gene (PD-1, TGF-β-Rezeptor oder beide) fehlten, durch die Kombination von CAF-Anreicherung und TGF-β in mikrophysiologischen 3D-TNBC-Modellen herausgefordert. Die Ergebnisse zeigten, dass ROR1 CAR T Zellen ohne PD-1 und TGF-β-Rezeptor überlegen sind, eine starke Tumorzell-Lyse induzieren und vor der feindlichen TME geschützt sind. Zusammenfassend spiegeln die in dieser Arbeit vorgestellten mikrophysiologischen 3D-Tumormodelle Aspekte der feindlichen TME solider Tumore wider, ermöglichen BLI-basierte Analysen und bieten eine langfristige Gewebehomöostase. Daher stellen sie ein definiertes, skalierbares, reproduzierbares, standardisierbares und exportierbares Modell für die translationale Forschung mit erhöhtem Vorhersagewert dar. Sie können für die Wirksamkeitsprüfung sowie Kandidatenauswahl von zellulären Immuntherapie verwendet werden, was vor allem am Beispiel der ROR1 CAR T-Zellen gezeigt wurde.
KW  - CAR T cell
KW  - immunotherapy
KW  - 3D tumour model
KW  - solid tumour
KW  - tumour microenvironment
KW  - TNBC
KW  - lung cancer
KW  - tumour stroma
KW  - microphysiologic 3D tumour model
KW  - Immuntherapie
KW  - Lungenkrebs
KW  - Stroma
KW  - Tumormikroumgebung
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-276674
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jihyoung, Choi
T1  - Development of an Add-On Electrode for Non-Invasive Monitoring in Bioreactor Cultures and Medical Devices
T1  - Entwicklung einer Zusatzelektrode für das nicht-invasive Monitoring von Bioreaktorkulturen und Medizinprodukten
N2  - Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a valuable technique analyzing electrochemical behavior of biological systems such as electrical characterization of cells and biomolecules, drug screening, and biomaterials in biomedical field. In EIS, an alternating current (AC) power signal is applied to the biological system, and the impedance of the system is measured over a range of frequencies. 
In vitro culture models of endothelial or epithelial barrier tissue can be achieved by culturing barrier tissue on scaffolds made with synthetic or biological materials that provide separate compartments (apical and basal sides), allowing for further studies on drug transport. EIS is a great candidate for non-invasive and real-time monitoring of the electrical properties that correlate with barrier integrity during the tissue modeling. Although commercially available transendothelial/transepithelial electrical resistance (TEER) measurement devices are widely used, their use is particularly common in static transwell culture. EIS is considered more suitable than TEER measurement devices in bioreactor cultures that involve dynamic fluid flow to obtain accurate and reliable measurements. Furthermore, while TEER measurement devices can only assess resistance at a single frequency, EIS measurements can capture both resistance and capacitance properties of cells, providing additional information about the cellular barrier's characteristics across various frequencies. Incorporating EIS into a bioreactor system requires the careful optimization of electrode integration within the bioreactor setup and measurement parameters to ensure accurate EIS measurements. Since bioreactors vary in size and design depending on the purpose of the study, most studies have reported using an electrode system specifically designed for a particular bioreactor. The aim of this work was to produce multi-applicable electrodes and established methods for automated non-invasive and real-time monitoring using the EIS technique in bioreactor cultures. Key to the electrode material, titanium nitride (TiN) coating was fabricated on different substrates (materials and shape) using physical vapor deposition (PVD) and housed in a polydimethylsiloxane (PDMS) structure to allow the electrodes to function as independent units. Various electrode designs were evaluated for double-layer capacitance and morphology using EIS and scanning electron microscopy (SEM), respectively. The TiN-coated tube electrode was identified as the optimal choice. Furthermore, EIS measurements were performed to examine the impact of influential parameters related to culture conditions on the TiN-coated electrode system. In order to demonstrate the versatility of the electrodes, these electrodes were then integrated into in different types of perfusion bioreactors for monitoring barrier cells.  Blood-brain barrier (BBB) cells were cultured in the newly developed dynamic flow bioreactor, while human umblical vascular endothelial cells (HUVECs) and Caco-2 cells were cultured in the miniature hollow fiber bioreactor (HFBR). As a result, the TiN-coated tube electrode system enabled investigation of BBB barrier integrity in long-term bioreactor culture. While EIS measurement could not detect HUVECs electrical properties in miniature HFBR culture, there was the possibility of measuring the barrier integrity of Caco-2 cells, indicating potential usefulness for evaluating their barrier function. Following the bioreactor cultures, the application of the TiN-coated tube electrode was expanded to hemofiltration, based on the hypothesis that the EIS system may be used to monitor clotting or clogging phenomena in hemofiltration. The findings suggest that the EIS monitoring system can track changes in ion concentration of blood before and after hemofiltration in real-time, which may serve as an indicator of clogging of filter membranes. Overall, our research demonstrates the potential of TiN-coated tube electrodes for sensitive and versatile non-invasive monitoring in bioreactor cultures and medical devices.
N2  - Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist eine nützliche Methode, um das elektrochemische Verhalten von biologischen Systemen zu analysieren, wie z.B. die elektrische Charakterisierung von Zellen und Biomolekülen, Drug Screening und Biomaterialien im biomedizinischen Bereich. Für die EIS wird ein Wechselstrom an das biologische System angeschlossen und die Impedanz des Systems über einen Frequenzbereich gemessen. 
In vitro-Modelle von Gewebekulturen epithelialer Barrieren können mithilfe künstlicher oder biologischer Materialien, die über unterschiedliche Kompartimente (apikale und basolaterale Seite) verfügen, hergestellt werden und ermöglichen weitere Untersuchungen zum Transport von Arzneistoffen. Die EIS bietet dabei eine hervorragende Methode für das nicht-invasive Echtzeit-Monitoring der elektrischen Eigenschaften, die mit der Barriere-Integrität während der Gewebeentwicklung korreliert. Obwohl kommerziell erhältliche Geräte zur Messung des transendothelialen/transepithelialen elektrischen Widerstands (TEER) umfangreich verwendet werden, ist ihre Verwendung besonders bei statischen Transwell-Kulturen verbreitet. Durch die EIS kann im Gegensatz zur TEER-Messung für Bioreaktor-Kulturen, die einen dynamischen Medienfluss aufweisen, genauere und verlässliche Messungen erhalten werden. Zudem können EIS-Messungen anders als die TEER-Messung, die nur den Widerstand einer einzelnen Frequenz misst, gleichzeitig den elektrischen Widerstand und die Kapazität von Zellen erfassen und damit zusätzliche Informationen über die zellulären Barriereeigenschaften über verschiedene Frequenzen hinweg liefern. Der EIS-Einbau in ein Bioreaktor-System bedarf einer sorgfältigen Optimierung der Elektrodenintegration in das Bioreaktor-Setup und der Messparameter, um akkurate EIS-Messungen durchführen zu können. Da Bioreaktoren abhängig vom Untersuchungszweck in ihrer Größe und ihrem Design variieren, verwenden die meisten Studien speziell entwickelte Elektrodensysteme für einzelne Bioreaktoren. Das Ziel dieser Arbeit war die Herstellung von vielseitig anwendbaren Elektroden und etablierten Methoden für das automatisierte nicht-invasive Echtzeit-Monitoring von Bioreaktor-Kulturen mithilfe der EIS. Entscheidend für das Elektrodenmaterial war die Titannitrid (TiN)-Beschichtung, die auf verschiedenen Substraten (Materialien und Formen) durch Physical Vapor Deposition (PVD) hergestellt und in einer Polydimethylsiloxan (PDMS)-Struktur untergebracht wurde, damit die Elektroden unabhängig voneinander arbeiten können. Verschiedene Elektrodendesigns wurden auf Doppelschicht-Kapazität mithilfe der EIS bzw. auf die Morphologie mit Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Die TiN-beschichteten Elektroden in Röhrenform erwiesen sich als optimal. Weiterhin wurden EIS-Messungen durchgeführt, um die Auswirkung von beeinflussenden Parametern auf die Kulturbedingungen durch das TiN-beschichtete Elektrodensystem zu untersuchen. Um die Vielseitigkeit der Elektroden aufzuzeigen, wurden diese anschließend zum Monitoring von Barriere-bildenden Zellen in unterschiedliche Perfusionsbioreaktoren integriert. Zellen der Blut-Hirn-Schranke (BHS) wurden im neu entwickelten dynamischen Flussreaktor kultiviert, wohingegen humane umbilikale vaskuläre Endothelzellen (HUVEC) und Caco-2-Zellen in Hohlfaserbioreaktoren (HFBR) in Miniaturform kultiviert wurden. Das TiN-beschichtete Röhrenelektrodensystem ermöglichte die Untersuchung der BHS-Barrieren-Integrität in einer Langzeit-Bioreaktorkultur. Während die EIS-Messung in der Miniaturform-HFBR-Kultur keine elektrischen Eigenschaften der HUVECs detektieren konnte, war es möglich, eine Barriere-Integrität der Caco-2-Zellen zu messen, die den potentiellen Nutzen für die Evaluierung deren Barrierefunktion aufzeigt. Nach den Bioreaktorkulturen wurde die Anwendung der TiN-beschichteten Röhrenelektrode auf die Hämofiltration erweitert, auf Grundlage der Hypothese, dass das EIS-System ein Gerinnen oder Verstopfen während der Hämofiltration überwachen könnte. Die Ergebnisse zeigen, dass das EIS-Monitoring-System Veränderungen in der Ionenkonzentration des Blutes vor und nach Hämofiltration in Echtzeit verfolgen kann, welches eventuell als Messgröße für ein Verstopfen der Filtermembranen genutzt werden kann. Insgesamt weisen TiN-beschichtete Röhrenelektroden unseren Forschungen zufolge ein großes Potential für ein empfindliches und vielfältiges nicht-invasives Monitoring von Bioreaktorkulturen und Medizingeräte auf.
KW  - Monitoring
KW  - Tissue Engineering
KW  - Electrode
KW  - Perfusion Bioreactor
KW  - Hemofiltration
KW  - Medizinprodukt
KW  - Electrochemical Impedance Spectroscopy
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-358232
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TY  - THES
A1  - Kutschka, Ilona
T1  - Activation of the integrated stress response induces remodeling of cardiac metabolism in Barth Syndrome
T1  - Aktivierung der "Integrated Stress Response" führt zur Umstellung des kardialen Metabolismus im Barth Syndrom
N2  - Barth Syndrome (BTHS) is an inherited X-chromosomal linked disorder, characterized by early development of cardiomyopathy, immune system defects, skeletal muscle myopathy and growth retardation. The disease displays a wide variety of symptoms including heart failure, exercise intolerance and fatigue due to the muscle weakness. The cause of the disease are mutations in the gene encoding for the mitochondrial transacylase Tafazzin (TAZ), which is important for remodeling of the phospholipid cardiolipin (CL). All mutations result in a pronounced decrease of the functional enzyme leading to an increase of monolysocardiolipin (MLCL), the precursor of mature CL, and a decrease in mature CL itself. CL is a hallmark phospholipid of mitochondrial membranes, highly enriched in the inner mitochondrial membrane (IMM). It is not only important for the formation of the cristae structures, but also for the function of different protein complexes associated with the mitochondrial membrane. Reduced levels of mature CL cause remodeling of the respiratory chain supercomplexes, impaired respiration, defects in the Krebs cycle and a loss of mitochondrial calcium uniporter (MCU) protein. The defective Ca2+ handling causes impaired redox homeostasis and energy metabolism resulting in cellular arrhythmias and defective electrical conduction. In an uncompensated situation, blunting mitochondrial Ca2+ uptake provokes increased mitochondrial emission of H2O2 during workload transitions, related to oxidation of NADPH, which is required to regenerate anti-oxidative enzymes. However, in the hearts and cardiac myocytes of mice with a global knock-down of the Taz gene (Taz-KD), no increase in mitochondrial ROS was observed, suggesting that other metabolic pathways may have compensated for reduced Krebs cycle activation.
The healthy heart produces most of its energy by consuming fatty acids. In this study, the fatty acid uptake into mitochondria and their further degradation was investigated, which showed a switch of the metabolism in general in the Taz-KD mouse model. In vivo studies revealed an increase of glucose uptake into the heart and decreased fatty acid uptake and oxidation. Disturbed energy conversion resulted in activation of retrograde signaling pathways, implicating overall changes in the cell metabolism. Upregulated integrated stress response (ISR) was confirmed by increased levels of the downstream target, i.e., the activating transcription factor 4 (ATF4). A Tafazzin knockout mouse embryonal fibroblast cell model (TazKO) was used to inhibit the ISR using siRNA transfection or pharmaceutical inhibition. This verified the central role of
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the ISR in regulating the metabolism in BTHS. Moreover, an increased metabolic flux into glutathione biosynthesis was observed, which supports redox homeostasis. In vivo PET-CT scans depicted elevated activity of the xCT system in the BTHS mouse heart, which transports essential amino acids for the biosynthesis of glutathione precursors. Furthermore, the stress induced signaling pathway also affected the glutamate metabolism, which fuels into the Krebs cycle via -ketoglutarate and therefore supports energy converting pathways. In summary, this thesis provides novel insights into the energy metabolism and redox homeostasis in Barth syndrome cardiomyopathy and its regulation by the integrated stress response, which plays a central role in the metabolic alterations. The aim of the thesis was to improve the understanding of these metabolic changes and to identify novel targets, which can provide new possibilities for therapeutic intervention in Barth syndrome.
N2  - Barth Syndrome (BTHS) ist eine X-chromosomal vererbbare Erkrankung, welche sich in der frühen Entstehung von Kardiomyopathie, Störungen des Immunsystems, Skelettmuskelschwäche und Wachstumsverzögerungen manifestiert. Das Krankheitsbild ist sehr variabel mit milden Symptomen bis hin zu sehr schwerwiegenden Fällen, bei denen die schnelle Verschlechterung der Kardiomyopathie bereits in jungen Jahren eine Herztransplantation erfordern kann. Betroffenen Patienten zeigen eine deutliche Intoleranz gegenüber körperlicher Anstrengung, welche mit schneller Müdigkeit einhergeht. Die Krankheit wird durch verschiedene Mutationen auf dem Gen für die mitochondriale Transacylase Tafazzin (TAZ) ausgelöst. Die Mutationen führen zu einem Funktionsverlust des Enzyms, welches in der Biosynthese des Phospholipids Cardiolipin (CL) eine entscheidende Rolle spielt. Die Vorstufe des Lipids, das sogenannte Monolysocardiolipin (MLCL), reichert sich dadurch an, wohingegen die Menge an reifem CL entscheidend verringert ist. CL ist ein bedeutendes Phospholipid in den Mitochondrien, wo es vor allem in der inneren Mitochondrien Membran vorkommt. CL ist einerseits wichtig für die Ausbildung der Cristae Strukturen der inneren Mitochondrien Membran. Darüber hinaus ist es notwendig für die Struktur und Funktion verschiedenster Proteinkomplexe in der Membran, welche dadurch erst ihre volle Funktionsfähigkeit erhalten. Es wurde bereits gezeigt, dass der Verlust von reifem CL in BTHS zu einer Dissoziation der Superkomplexe der Atmungskette führt, welche dadurch in ihrer Funktion beeinträchtigt ist. Zusätzlich sind Störungen im Krebs Zyklus und der Kalziumaufnahme durch den mitochondriellen Kalzium (Ca2+) -Uniporter (MCU) Komplex bekannt. Die beeinträchtigte mitochondriale Ca2+ Aufnahme beeinflusst sowohl die Redox Homöostase als auch den Energie Metabolismus, was zu Arrhythmien und einer Störung der elektrischen Weiterleitung im Herzen führt. Im gesunden Herzen gewinnen die Herzmuskelzellen den Hauptanteil ihrer Energie aus dem Abbau von Fettsäuren. In dieser Studie wurde durch die Untersuchung des Fettsäurestoffwechsels im Taz knockdown Mausmodell (Taz-KD) gezeigt, dass eine deutliche Reduktion in Proteinen vorliegt, welche für die Aufnahme und die Verstoffwechselung der Fettsäuren in den Mitochondrien verantwortlich sind. Diese Veränderungen führten in vivo zu einer verringerten Aufnahme und Verstoffwechselung von Fettsäuren und einer Erhöhten Aufnahme von Glucose. Dysfunktionale Mitochondrien aktivieren retrograde Signalwege, welche eine generelle
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Umstellung des Metabolismus zur Folge haben. Eine erhöhte Menge des Transkriptionsfaktors ATF4, welcher sowohl Fettsäure- als auch Aminosäuremetabolismus beeinflusst, zeigte die Aktivierung der sogenannten „Integrated stress response“ (ISR). Ein Zellmodel embryonaler Fibroblasten aus der Maus mit einem Taz knockout (TazKO) wurde verwendet um die ISR durch siRNA Transfektion oder einem pharmakologischen Inhibitor zu blockieren. Dadurch konnte die zentrale Rolle der ISR in der Umstellung des Metabolismus bestätigt werden. Zusätzlich konnte eine erhöhte metabolische Aktivität in Richtung der Glutathion Biosynthese beobachtet werden, welche für die Redox Homöostase in den Mitochondrien von Bedeutung ist. In vivo PET-CT Untersuchungen zeigten eine erhöhte Aktivität des xCT Systems im Herzen des BTHS Mausmodells auf. Dies dient der Aufnahme von Aminosäuren, welche für die Glutathion Biosynthese benötigt werden. Hinzu kommt, dass die Aktivierung des Stresssignalweges den Glutamat Stoffwechsel in der Zelle beeinflusste. Über -Ketoglutarat trägt Glutamat so vermehrt zur Energiegewinnung bei. Das Ziel dieser Doktorarbeit war es, die metabolischen Veränderungen in BTHS zu untersuchen, um die veränderten Vorgänge besser zu verstehen und so neue mögliche Angriffspunkte für Therapiemöglichkeiten zu identifizieren.
KW  - Herzmuskelkrankheit
KW  - Mitochondrium
KW  - Stoffwechsel
KW  - Barth Syndrome
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-358186
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TY  - THES
A1  - Neagoe, Raluca Alexandra Iulia
T1  - Development of techniques for studying the platelet glycoprotein receptors GPVI and GPIb localisation and signalling
T1  - Entwicklung von Methoden zur Untersuchung zur der Lokalisation und Signaltransduktion der Thrombozytenrezeptoren GPVI und GPIb
N2  - Platelets play an important role in haemostasis by mediating blood clotting at sites of blood vessel damage. Platelets, also participate in pathological conditions including thrombosis and inflammation. Upon vessel damage, two glycoprotein receptors, the GPIb-IX-V complex and GPVI, play important roles in platelet capture and activation. 
GPIb-IX-V binds to von Willebrand factor and GPVI to collagen. This initiates a signalling cascade resulting in platelet shape change and spreading, which is dependent on the actin cytoskeleton. This thesis aimed to develop and implement different super-resolution microscopy techniques to gain a deeper understanding of the conformation and location of these receptors in the platelet plasma membrane, and to provide insights into their signalling pathways. We suggest direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) and structured illumination microscopy (SIM) as the best candidates for imaging single platelets, whereas expansion microscopy (ExM) is ideal for imaging platelets aggregates. 
Furthermore, we highlighted the role of the actin cytoskeleton, through Rac in GPVI signalling pathway. Inhibition of Rac, with EHT1864 in human platelets induced GPVI and GPV, but not GPIbα shedding. Furthermore, EHT1864 treatment did not change GPVI dimerisation or clustering, however, it decreased phospholipase Cγ2 phosphorylation levels, in human, but not murine platelets, highlighting interspecies differences. In summary, this PhD thesis demonstrates that; 1) Rac alters GPVI signalling pathway in human but not mouse platelets; 2) our newly developed ExM protocol can be used to image platelet aggregates labelled with F(ab’) fragments
N2  - Thrombozyten, spielen in der Hämostase eine entscheidende Rolle, indem sie die Blutstillung bei Gefäßverletzung vermitteln. Sie sind jedoch auch an pathologischen Prozessen wie zum Beispiel der Thrombose und Entzündungen beteiligt. Bei einer Gefäßverletzung spielen zwei Glykoproteinrezeptoren eine wichtige Rolle bei der Adhäsion und Aktivierung von Thrombozyten: der GPIb-IX-V-Komplex und GPVI. GPIb-IX-V bindet an den von-Willebrand-Faktor und GPVI an Kollagen. Dies initiiert eine Signalkaskade, die zu einer Änderung der Morphologie der Thrombozyten führt, welche vom Aktin-Zytoskelett abhängig ist. Ziel dieser Doktorarbeit war die Entwicklung und Anwendung verschiedener hochauflösender Mikroskopietechniken, um ein tieferes Verständnis der Konformation und Lokalisation dieser Rezeptoren in der Plasmamembran der Thrombozyten zu erlangen und Einblicke in ihre Signalwege zu gewinnen. Hierbei etablierten wir dSTORM und die structured illumination microscopy (SIM) als die geeignetsten Methoden für die mikroskopische Untersuchung einzelner 
Thrombozyten, während die Expansionsmikroskopie (ExM) ideal für die Darstellung von Thrombozytenaggregaten ist. Darüber heben unsere Ergebnisse zur Funktion von Rac im GPVI Signalweg die wichtige Rolle des Aktin-Zytoskeletts hervor. Die Hemmung von Rac mit EHT1864 in menschlichen Thrombozyten induzierte das Abscheiden (shedding) von GPVI und GPV, nicht jedoch von GPIbα. Darüber hinaus blieb die GPVI Dimerisierung und GPVI-Clusterbildung durch EHT1864-Behandlung unverändert, jedoch verringerte sich die Phosphorylierung der Phospholipase Cγ2 in humanen, aber nicht in murinen Thrombozyten, was Unterschiede zwischen den Spezies aufzeigt. 
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Doktorarbeit, dass; 1) Rac den GPVI Signalweg in humanen aber nicht in murinen Thrombozyten beeinflusst; 2) unser neu entwickeltes ExM-Protokoll zur Darstellung von F(ab’)-Fragment markierten Thrombozytenaggregaten verwendet werden kann.
KW  - Platelet-Membranglykoprotein p62
KW  - Platelets
KW  - Microscopy
KW  - GPVI
KW  - Rac1
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313064
ER  - 
TY  - THES
A1  - Knorr, Susanne
T1  - Pathophysiology of early-onset isolated dystonia in a DYT-TOR1A rat model with trauma-induced dystonia-like movements
T1  - Pathophysiologie der früh beginnenden, isolierten Dystonie in einem DYT-TOR1A Rattenmodell mit Trauma-induzierten Dystonie-ähnlichen Bewegungen
N2  - Early-onset torsion dystonia (DYT-TOR1A, DYT1) is an inherited hyperkinetic movement disorder caused by a mutation of the TOR1A gene encoding the torsinA protein. DYT-TOR1A is characterized as a network disorder of the central nervous system (CNS), including predominantly the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop resulting in a severe generalized dystonic phenotype. The pathophysiology of DYTTOR1A is not fully understood. Molecular levels up to large-scale network levels of the CNS are suggested to be affected in the pathophysiology of DYT-TOR1A. The reduced penetrance of 30% - 40% indicates a gene-environmental interaction, hypothesized as “second hit”. The lack of appropriate and phenotypic DYT-TOR1A animal models encouraged us to verify the “second hit” hypothesis through a unilateral peripheral nerve trauma of the sciatic nerve in a transgenic asymptomatic DYT-TOR1A rat model (∆ETorA), overexpressing the human mutated torsinA protein. In a multiscale approach, this animal model was characterized phenotypically and pathophysiologically. 
Nerve-injured ∆ETorA rats revealed dystonia-like movements (DLM) with a partially generalized phenotype. A physiomarker of human dystonia, describing increased theta oscillation in the globus pallidus internus (GPi), was found in the entopeduncular nucleus (EP), the rodent equivalent to the human GPi, of nerve-injured ∆ETorA rats. Altered oscillation patterns were also observed in the primary motor cortex. Highfrequency stimulation (HFS) of the EP reduced DLM and modulated altered oscillatory activity in the EP and primary motor cortex in nerve-injured ∆ETorA rats. Moreover, the dopaminergic system in ∆ETorA rats demonstrated a significant increased striatal dopamine release and dopamine turnover. Whole transcriptome analysis revealed differentially expressed genes of the circadian clock and the energy metabolism, thereby pointing towards novel, putative pathways in the pathophysiology of DYTTOR1A dystonia. 
In summary, peripheral nerve trauma can trigger DLM in genetically predisposed asymptomatic ΔETorA rats leading to neurobiological alteration in the central motor network on multiple levels and thereby supporting the “second hit” hypothesis. This novel symptomatic DYT-TOR1A rat model, based on a DYT-TOR1A genetic background, may prove as a valuable chance for DYT-TOR1A dystonia, to further investigate the pathomechanism in more detail and to establish new treatment strategies.
N2  - Früh beginnende Torsionsdystonie (DYT-TOR1A, DYT1) ist eine genetisch bedingte hyperkinetische Bewegungsstörung, die aufgrund einer Mutation im TOR1A Gen verursacht wird, welches für das TorsinA-Protein codiert. DYT-TOR1A wird als zentrale Netzwerkstörung bezeichnet und betrifft hauptsächlich die kortiko-striatothalamo-kortikale Funktionsschleife, welches schließlich zu einem schweren generalisierten dystonen Phänotyp führt. Die Pathophysiologie von DYT-TOR1A ist nicht vollständig verstanden, man geht jedoch davon aus, dass Ebenen im Zentralnervensystem von molekularer Basis bis hin zu ganzen Netzwerken betroffen sind. Die reduzierte Penetranz von nur 30% bis 40% deutet auf eine Gen-UmweltInteraktion hin, im Sinne einer „2-Treffer-Hypothese“. Auch das Fehlen eines adäquaten DYT-TOR1A Tiermodelles hat uns dazu veranlasst, die „2-TrefferHypothese“ zu verifizieren, indem eine unilaterale periphere Quetschläsion des Nervus ischiadicus in einem transgenen, asymptomatischen DYT-TOR1A Rattenmodell (∆ETorA) durchgeführt wurde, welches das humane mutierte TorsinA-Protein überexprimiert. Das Tiermodell wurde phänotypisch und pathophysiologisch auf verschiedenen Analysenebenen charakterisiert.  
∆ETorA Ratten mit Quetschläsion entwickelten Dystonie-ähnliche Bewegungen (DLM) mit teilweise generalisiertem Phänotyp. Erhöhte Theta-Oszillationen im Globus pallidus internus (GPi) sind bezeichnend für die humane Dystonie, welche auch im Nucleus entopeduncularis (EP), dem Äquivalent zum humanen GPi, von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion nachgewiesen wurden. Veränderte oszillatorische Muster wurden auch im primären Motorkortex gefunden. Hochfrequenz-Stimulation (HFS) des EP konnte das klinische Erscheinungsbild verbessern und hatte zudem auch einen modulatorischen Effekt auf die veränderte oszillatorische Aktivität des EP und des primären Motorcortex von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion. Auch das veränderte dopaminerge System erwies sich als ein pathologisches Merkmal in ∆ETorA Ratten. Es fand sich eine erhöhte striatale Ausschüttung von Dopamin und ein erhöhter Dopaminumsatz. In der Transkriptomanalyse kamen die zirkadiane Uhr und der Energiemetabolismus als weitere potentielle Signalwege in der Pathophysiologie der DYT-TOR1A Dystonie zum Vorschein. 
Zusammengefasst konnten DLM in genetisch prädisponierten, asymptomatischen ΔETorA Ratten mittels peripheren Nerventraumas ausgelöst werden, welches zu neurobiologischen Veränderungen in verschiedenen Ebenen des zentralen motorischen Netzwerk führte. Somit konnte die „2-Treffer-Hypothese“ bestätigt werden. Dieses neue symptomatische DYT-TOR1A Rattenmodell, fundiert auf der genetischen Grundlage von DYT-TOR1A, kann sich als wertvolle Möglichkeit für die DYT-TOR1A Dystonie erweisen, um Pathomechanismen genauer zu untersuchen und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln.
KW  - Dystonie
KW  - Trauma
KW  - Ratte
KW  - Zentralnervensystem
KW  - DYT-TOR1A
KW  - early-onset isolated dystonia
KW  - gene-environmental interaction
KW  - peripheral nerve trauma
KW  - striatum
KW  - dopamine
KW  - deep brain stimulation
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-206096
ER  - 
TY  - THES
A1  - Peña Mosca, María Josefina
T1  - Local regulation of T-cell immunity in the intestinal mucosa
T1  - Lokale Regulation der T-Zell-Immunität in der Darmschleimhaut
N2  - After priming in Peyer's patches (PPs) and mesenteric lymph nodes (mLN) T- cells infiltrate the intestine through lymphatic draining and homing through the bloodstream. However, we found that in mouse models of acute graft-versus-host disease (GvHD), a subset of alloreactive T-cells directly migrates from PPs to the adjacent intestinal lamina propria (LP), bypassing the normal lymphatic drainage and vascular trafficking routes. Notably, this direct migration occurred in irradiated and unirradiated GvHD models, indicating that irradiation is not a prerequisite for this observed behavior.

Next, we established a method termed serial intravascular staining (SIVS) in mouse models to systematically investigate the trafficking and migration of donor T- cells in the early stages of acute GvHD initiation. We found that the direct migration of T-cells from PPs to LP resulted in faster recruitment of cells after allogeneic hematopoietic cell transplantation (allo-HCT). These directly migrating T-cells were found to be in an activated and proliferative state, exhibiting a TH1/TH17-like phenotype and producing cytokines such as IFN-γ and TNF-α. Furthermore, we observed that the directly migrating alloreactive T-cells expressed specific integrins (α4+, αE+) and chemokine receptors (CxCR3+, CCR5+, and CCR9+). Surprisingly, blocking these integrins and chemokine-coupled receptors did not hinder the direct migration of T- cells from PPs to LP, suggesting the involvement of alternative mechanisms. Previous experiments ruled out the involvement of S1PR1 and topographical features of macrophages, leading us to hypothesize that mediators of cytoskeleton reorganization, such as Coro1a, Dock2, or Cdc42, may play a role in this unique migration process.

Additionally, we observed that directly migrating T-cells created a local inflammatory microenvironment, which attracts circulating T-cells. Histological analysis confirmed that alloreactive PPs-derived T-cells and bloodborne T-cells colocalized. We employed two experimental approaches, including either photoconversion of T-cells in PPs or direct transfer of activated T-cells into the vasculature, to demonstrate this colocalization. We hypothesize that cytokines released by migrating T-cells, such as IFN-γ and TNF-α, may play a role in recruiting T-cells from the vasculature, as inhibiting chemokine-coupled receptors did not impair recruitment.
N2  - Nach der Priming-Phase in den Peyer-Plaques (PPs) und mesenterialen Lymphknoten (mLN) migrieren T-Zellen über die lymphatische Drainage und den Blutkreislauf die Darmschleimhaut. Allerdings haben wir festgestellt, dass in Mausmodellen der akuten Graft-versus-Host Erkrankung (GvHD) eine Untergruppe alloreaktiver T-Zellen direkt von den Peyer-Plaques in das benachbarte intestinale Lamina propria (LP) migriert, ohne lymphatische Drainage- oder vaskuläre Transportwege zu nutzen. Bemerkenswert ist, dass diese direkte Migration sowohl in bestrahlten als auch in nicht bestrahlten GvHD-Modellen auftrat, was darauf hindeutet, dass Gewebeschaden durch ionisierende Strahlung keine Voraussetzung für dieses beobachtete T-Zell-Migrationsverhalten ist.

Anschließend haben wir die Methode der "serielle intravaskulären Zellmarkierung" (SIVS) für Mausmodelle etabliert, um systematisch das Migrationsverhalten von alloreaktiven Spender-T-Zellen in den frühen Stadien der akuten GvHD-Initiierung zu untersuchen. Wir beobachteten, dass die direkte Migration von T-Zellen von PPs zu LP zu einer schnelleren Rekrutierung von Zellen nach allogener hämatopoetischer Zelltransplantation (allo-HCT) führte. Diese direkt migrierenden T-Zellen befanden sich in einem aktivierten und proliferativen Zustand, wiesen einen TH1-/TH17- ähnlichen Phänotyp auf und produzierten Zytokine wie IFN- γ und TNF-α. Darüber hinaus beobachteten wir, dass die direkt migrierenden alloreaktiven T-Zellen spezifische Integrine (α4+, αE+) und Chemokinrezeptoren (CxCR3+, CCR5+ und CCR9+) exprimierten. Überraschenderweise verhinderte die Blockierung dieser Integrine und Chemokinrezeptoren nicht die direkte Migration von T-Zellen aus PPs in LP, was auf die Beteiligung alternativer T- Zellmigrationsmechanismen schließen lässt. Vorangegangene Experimente schlossen die Beteiligung von S1PR1 und topografischer Merkmale gewebeständiger Makrophagen aus, was uns zu der Hypothese führte, dass Mediatoren der Zytoskelett- Reorganisation wie Coro1a, Dock2 oder Cdc42 eine Rolle in diesem einzigartigen Migrationsprozess spielen könnten.

Zusätzlich beobachteten wir, dass direkt migrierende T-Zellen in der Darmschleimhaut ein lokales entzündliches Mikromilieu schaffen, welches zirkulierende T-Zellen anzieht. Die histologische Analyse bestätigte die Kolokalisation von direkt aus PP stammenden T-Zellen und T Zellen, welche über die Blutbahn in die Darmmukosa einwanderten. Um die direkte T-Zellmigration eindeutig zu bestätigen, wählten wir zwei experimentelle Ansätze: Die Photokonversion von T-Zellen in PPs während der Priming-Phase sowie den direkten Transfer aktivierter T-Zellen in das Gefäßsystem, um eine T-Zellkolokalisierung nachzuweisen. Aufbauend auf den Ergebnissen vermuten wir, dass Zytokine, die von migrierenden T-Zellen freigesetzt werden, wie zum Beispiel IFN-γ und TNF-α, möglicherweise eine Rolle bei der Rekrutierung von T-Zellen aus dem Gefäßsystem spielen, da die Hemmung von G- Protein-gekoppelter Rezeptoren (und somit aller Chemokinrezeptoren) die T-Zell- Rekrutierung nicht beeinträchtigte.
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Transplantat-Wirt-Reaktion
KW  - Zellmigration
KW  - Darm
KW  - Peyer's patch
KW  - Graft versus Host disease
KW  - T-cell
KW  - Cell migration
KW  - Small intestine
KW  - Bone marrow transplantation
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-352665
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nirchal, Naveen Kumar
T1  - Mechanistische Regulierung des gastroösophagealen Übergangs und die Rolle der Retinsäure bei der Entwicklung des Barrett-Ösophagus
T1  - Mechanistic regulation of gastroesophageal junction and role of retinoic acid in the development of Barrett's esophagus
N2  - Der gastroösophageale Übergang (GEJ), der die Region abgrenzt, in der der distale Ösophagus auf die proximale Magenregion trifft, ist bekannt für die Entwicklung pathologischer Zustände, wie Metaplasie und Adenokarzinom des Ösophagus (EAC). Es ist wichtig, die Mechanismen der Entwicklungsstadien zu verstehen, die zu EAC führen, da die Inzidenzrate von EAC in den letzten 4 Jahrzehnten um das 7-fache gestiegen ist und die Gesamtüberlebensrate von 5 Jahren 18,4 % beträgt. In den meisten Fällenwird die Diagnose im fortgeschrittenen Stadium ohne vorherige Symptome erstellt. Der Hauptvorläufer für die Entwicklung von EAC ist eine prämaligne Vorstufe namens Barrett-Ösophagus (BE). BE ist der metaplastische Zustand, bei dem das mehrschichtige Plattenepithel des nativen Ösophagus durch ein spezialisiertes einschichtiges Säulenepithel ersetzt wird, das die molekularen Eigenschaften des Magen- sowie des Darmepithels aufweist. Zu den wichtigsten Risikofaktoren für die Entwicklung von BE gehören die chronische gastroösophageale Refluxkrankheit (GERD), eine veränderte Mikrobiota und veränderte Retinsäure-Signalwege (RA). Es ist unklar, welche Zelle der Ursprung für BE ist, da es keine eindeutigen Beweisen für den Prozess der BE-Initiation gibt. In dieser Arbeit habe ich untersucht, wie die GEJ-Homöostase in gesundem Gewebe durch stammzellregulatorische Morphogene aufrechterhalten wird, welche Rolle der Vitamin-A (RA-Signalübertragung) spieltund wie ihre Veränderung zur BE-Entwicklung beiträgt.
Im ersten Teil meiner Dissertation habe ich anhand von Einzelmolekül-RNA in situ-Hybridisierung und Immunhistochemie eindeutig das Vorhandensein von zwei Arten von Epithelzellen nachweisen können, dem Plattenepithel in der Speiseröhre und dem Säulenepithel imMagenbereich des GEJ. Mittels Abstammungsanalysen im Mausmodell konnte ich zeigen, dass die Epithelzellen des Ösophagus und des Magens von zwei verschiedenen epithelialen Stammzelllinien imGEJ abstammen. Die Grenze zwischen Plattenepithel und Säulenepithelzellen im SCJ des GEJ wirddurch gegensätzliche Wnt-Mikroumgebungen streng reguliert. Plattenepithelstammzellen des Ösophagus werden durch das Wnt-hemmende Mikroumgebungssignal aufrechterhalten, während Magensäulenepithelzellen durch das Wnt-aktivierende Signal aus dem Stromakompartiment erhalten werden. Ich habe die in vivo Erhaltung der Epithelstammzellen des GEJ mit Hilfe eines in vitro Epithel-3D-Organoidkulturmodells rekonstruiert. Das Wachstum und die Vermehrung von Magensäulenepithel-Organoiden hängen von Wnt-Wachstumsfaktoren  ab, während das Wachstum von Plattenepithel-Organoiden von Wnt-defizienten Kulturbedingungen abhängt. Darüber hinaus zeigte die Einzelzell-RNA-Sequenzanalyse (scRNA-seq) der aus Organoiden gewonnenenEpithelzellen, dass der nicht-kanonische Wnt/ planar cell polarity (PCP) Signalweg an der Regulierung der Plattenepithelzellen beteiligt ist. Im Gegensatz dazu werden säulenförmige Magenepithelzellen durch den kanonischen Wnt/beta-Catenin- und den nicht-kanonischen Wnt/Ca2+-Weg reguliert. Meine Daten zeigen, dass die SCJ-Epithelzellen, die am GEJ verschmelzen, durch entgegengesetzte stromale Wnt-Faktoren und unterschiedliche Wnt-Weg-Signalee in den Epithelzellen reguliert werden.
Im zweiten Teil der Dissertation untersuchte ich die Rolle der bioaktiven  Vitamin A Verbindung RA auf Ösophagus- und Magenepithelstammzellen. Die In-vitro-Behandlung von epithelialen Organoiden der Speiseröhre und des Magens mitRA oder seinem pharmakologischen Inhibitors BMS 493 zeigte, dass jeder Zelltyp unterschiedlich reguliert wurde. Ich beobachtete, dass eine verstärkte RA die Differenzierung von Stammzellen und den Verlust der Schichtung förderte, während die RA-Hemmung zu einer verstärkten Stammzellbildung und Regeneration im mehrschichtigen Epithel der Speiseröhre führte. Im Gegensatz zur Speiseröhre ist der RA-Signalweg in Magen-Organoiden aktiv, und die Hemmung von RA hat ein reduziertes Wachstum von Magen-Organoiden. Globale transkriptomische Daten und scRNA-seq-Daten zeigten, dass derRA-Signalweg einen Ruhephänotyp in den Ösophaguszellen induziert. Dagegen führt das Fehlen von RA in Magenepithelzellen zur Expression von Genen, die mit BE assoziiert sind. Daher isteine räumlich definierte Regulation der Wnt- und Retinsäure-Signalgebung amGEJ entscheidend für eine gesunde Homöostase, und ihre Störung führt zur Entwicklung von Krankheiten.
N2  - Gastroesophageal junction (GEJ), demarcating the region where the distal esophagus meets with the proximal stomach region, is known for developing pathological conditions, including metaplasia and esophageal adenocarcinoma (EAC). It is essential to understand the mechanisms of developmental stages which lead to EAC since the incidence rate of EAC increased over 7-fold during the past four decades, and the overall five years survival rate is 18.4%. In most cases, patients are diagnosed in the advanced stage without prior symptoms. The main precursor for the development of EAC is a pre-malignant condition called Barrett's esophagus (BE). BE is the metaplastic condition where the multilayered squamous epithelium of the native esophagus is replaced by specialized single-layered columnar epithelium, which shows the molecular characteristics of the gastric as well as intestinal epithelium. The main risk factors for BE development include chronic gastro-esophageal acid reflux disease (GERD), altered microbiota, and altered retinoic acid signaling (RA). The cell of origin of BE is under debate due to a lack of clear evidence demonstrating the process of BE initiation. Here, I investigated how GEJ homeostasis is maintained in healthy tissue by stem cell regulatory morphogens, the role of vitamin A (RA signaling), and how its alteration contributes to BE development. 
In the first part of my thesis, I showed the presence of two types of epithelial cells, the squamous type in the esophagus and the columnar type in the stomach region in the GEJ, using single-molecule RNA in situ hybridization (smRNA-ISH) and immunohistochemistry. Employing lineage tracing in the mouse model, I have demonstrated that the esophageal epithelial and stomach epithelial cells derived from two distinct epithelial stem cell lineages in the GEJ. The border between squamous and columnar epithelial cells in the Squamo-columnar junction (SCJ) of GEJ is regulated by opposing Wnt microenvironments. The regeneration of stomach columnar epithelial stem cells is maintained by Wnt activating signal from the stromal compartment while squamous epithelial stem cells of the esophagus are maintained by the Wnt inhibitory signals. I recapitulated the in vivo GEJ epithelial stem cell maintenance by using in vitro epithelial 3D organoid culture model. The growth and propagation of stomach columnar epithelial organoids depend on Wnt growth factors, while squamous epithelial organoids' development needs Wnt-deficient culture conditions.
Further, single-cell RNA sequence (scRNA-seq) analysis of organoid-derived epithelial cells revealed the non-canonical Wnt/ planar cell polarity (PCP) pathway involvement in regulating the squamous epithelial cells. In contrast, columnar stomach epithelial cells are regulated by the canonical Wnt/ beta-catenin and non-canonical Wnt/Ca2+ pathways. My data indicate that the SCJ epithelial cells that merge at the GEJ are regulated by opposing stromal Wnt factors and distinct Wnt pathway signaling in the epithelial cells.
In the second part of the thesis, I investigated the role of Vitamin A-derived bioactive compound RA on esophageal and stomach epithelial stem cells. In vitro treatment of esophageal and stomach, epithelial organoids with RA or its pharmacological inhibitor BMS 493 revealed that each cell type was regulated distinctly. I observed that enhanced RA promoted esophageal stem cell differentiation and loss of stratification, while RA inhibition led to enhanced stemness and regeneration of the esophagus stratified epithelium. As opposed to the esophagus, RA signaling is active in the stomach organoids, and inhibition of RA reduces the growth of stomach organoids. Global transcriptomic data and scRNA-seq data revealed that RA signaling induces dormancy phenotype in the esophageal cells. In contrast, the absence of RA in stomach epithelial cells induces the expression of genes associated with BE. Thus, spatially defined regulation of Wnt and RA signaling at GEJ is critical for healthy homeostasis, and its perturbation leads to disease development.
KW  - Retinoesäure
KW  - Esophageal adenocarcinoma
KW  - Intestinal metaplasia
KW  - Epithelial lineage
KW  - Organoid
KW  - Retinoic acid
KW  - Gastroesophageal reflux
KW  - Endobrachyösophagus
KW  - Esophageal disease
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-311556
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weisert, Nadine
T1  - Characterization of telomere-associated proteins in \(Trypanosoma\) \(brucei\)
T1  - Charakterisierung Telomer-assoziierter Proteine in \(Trypanosoma\) \(brucei\)
N2  - The unicellular pathogen Trypanosoma brucei is the causative agent of African 
trypanosomiasis, an endemic disease prevalent in sub-Saharan Africa. Trypanosoma brucei alternates between a mammalian host and the tsetse fly vector. The extracellular parasite survives in the mammalian bloodstream by periodically exchanging their ˈvariant surface glycoproteinˈ (VSG) coat to evade the host immune response. This antigenic variation is achieved through monoallelic expression of one VSG variant from subtelomeric ˈbloodstream 
form expression sitesˈ (BES) at a given timepoint. During the differentiation from the bloodstream form (BSF) to the procyclic form (PCF) in the tsetse fly midgut, the stage specific surface protein is transcriptionally silenced and replaced by procyclins. Due to their subtelomeric localization on the chromosomes, VSG transcription and silencing is partly regulated by homologues of the mammalian telomere complex such as TbTRF, TbTIF2 and TbRAP1 as well as by ˈtelomere-associated proteinsˈ (TelAPs) like TelAP1. To gain more insights into transcription regulation of VSG genes, the identification and characterization of other TelAPs is critical and has not yet been achieved. In a previous study, two biochemical approaches were used to identify other novel TelAPs. By using ˈco-immunoprecipitationˈ (co-IP) to enrich possible interaction partners of TbTRF and by affinity chromatography using telomeric repeat oligonucleotides, a listing of TelAP candidates has been conducted. With this approach TelAP1 was identified as a novel component of the telomere complex, involved in the kinetics of transcriptional BES silencing during BSF to PCF differentiation. To gain further insights into the telomere complex composition, other previously enriched proteins were characterized through a screening process using RNA interference to deplete potential candidates. VSG expression profile changes and overall proteomic changes after depletion were analyzed by mass spectrometry. With this method, one can gain insights into the functions of the proteins and their involvement in VSG expression site regulation. To validate the interaction of proteins enriched by co-IP with TbTRF and TelAP1 and to identify novel interaction proteins, I performed reciprocal affinity purifications of the four most promising candidates (TelAP2, TelAP3, PPL2 and PolIE) and additionally confirmed colocalization of two candidates with TbTRF via immunofluorescence (TelAP2, TelAP3). TelAP3 colocalizes with TbTRF and potentially interacts with TbTRF, TbTIF2, TelAP1 and TelAP2, as well as with two translesion polymerases PPL2 and PolIE in BSF. PPL2 and PolIE seem to be in close contact to each other at the telomeric ends and fulfill different roles as only PolIE is involved in VSG regulation while PPL2 is not. TelAP2 was previously characterized to be associated with telomeres by partially colocalizing with TbTRF and cells show a VSG derepression phenotype when the protein was depleted. Here I show that TelAP2 interacts with the telomere-binding proteins TbTRF and TbTIF2 as well as with the telomere-associated protein TelAP1 in BSF and that TelAP2 depletion results in a loss of TelAP1 colocalization with TbTRF in BSF.  
In conclusion, this study demonstrates that characterizing potential TelAPs is effective in gaining insights into the telomeric complex's composition and its role in VSG regulation in Trypanosoma brucei. Understanding these interactions could potentially lead to new therapeutic targets for combatting African trypanosomiasis.
N2  - Der einzellige Pathogen Trypanosoma brucei ist der Erreger der afrikanischen Trypanosomiasis, eine endemische Krankheit vertreten in der Sub-Sahara Zone Afrikas. Trypanosoma brucei wechselt zwischen einem Säugerwirt und dem Insektenvektor, der Tsetse-Fliege. Der im Blutstrom des Säugers vorkommende, extrazelluläre Parasit ändert seinen Oberflächenmantel bestehend aus dem ˈvariablen Oberflächenproteinˈ (VSG) in periodischen Abständen, um der Immunantwort des Wirtes auszuweichen. Diese antigenetische Variation wird durch die monoallelische Expression einer einzelnen VSG-Variante, lokalisiert auf den ˈBlutstromform Expressionsseitenˈ (BES), zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht. Diese stadienspezifischen Oberflächenproteine werden während der Differenzierung der ˈBlutstromformˈ (BSF) zur ˈprozyklischen Formˈ (PCF) im Mitteldarm der Tsetse-Fliege stillgelegt und durch Prozykline ersetzt. Wegen der subtelomeren Lokalisation wird die VSG Transkription und Stilllegung teilweise durch Homologe des Säuger Telomerkomplexes TbTRF, TbTIF2 und TbRAP1 als auch durch Telomer-assoziierte Proteine (TelAPs) wie TelAP1 reguliert. Um Einblicke in die Transkriptionsregulation der VSG Gene zu erhalten, ist die Identifikation und Charakterisierung anderer Telomer-assoziierter Proteine von großem Interesse. 
In einer vorherigen Studie wurden zwei komplementäre biochemische Versuchsansätze verwendet, um weitere neue TelAPs zu identifizieren. Es wurde eine ko-Immunpräzipitation (co-IP) durchgeführt, um mögliche Interaktionspartner von TbTRF zu identifizieren, sowie eine Affinitätschromatographie unter Verwendung telomerischen Wiederholungseinheiten. Hierdurch wurde eine Liste von potenziellen Kandidaten generiert. Mit diesem Ansatz wurde TelAP1 als neue Komponente des Telomerkomplexes identifiziert, welches an der Kinetik der transkriptionellen BES-Stilllegung während der Differenzierung von BSF zu PCF beteiligt ist.
Um weitere Einblicke in die Zusammensetzung des Telomerkomplexes zu erhalten, wurden zuvor angereicherte Proteine durch einen Screening-Prozess unter Verwendung von RNA-Interferenz charakterisiert. Nach der Depletion von 21 Proteinen wurden massenspektrometrische Analysen der VSG Expressionsprofiländerungen sowie allgemeine Veränderungen des Proteomenprofils analysiert. Mit dieser Methode können Erkenntnisse über die Funktion der jeweiligen Proteine und ihrer Beteiligung an der Regulierung der antigenetischen Variation von T. brucei gewonnen werden. Um die Interaktionen von Proteinen zu validieren, welche bei den Co-Immunpräzipitationen mit TbTRF und TelAP1 angereichert wurden, habe ich eine reziproke Affinitätschromatographie mit vier der vielversprechendsten Kandidaten durchgeführt (TelAP2, TelAP3, PPL2 und PolIE). Zusätzlich bestätigte ich die Co-lokalisation von zwei Kandidaten mit TbTRF via Immunfluoreszenzaufnahmen (TelAP2, TelAP3). TelAP3 ko-lokalisiert mit TbTRF und TelAP1 und interagiert potenziell mit TbTRF, TbTIF2, TelAP1 und TelAP2 als auch mit den zwei Transläsionspolymerasen PPL2 und PolIE in BSF. PPL2 und PolIE stehen in engem Kontakt zueinander und nehmen an den Telomerenden unterschiedliche Funktionen ein, da nur PolIE an der VSG Regulation beteiligt ist.
TelAP2 wurde in einer vorherigen Publikation als Telomer-assoziiertes Protein durch partielle Co-Lokalisation mit TbTRF identifiziert und Zellen zeigen nach der Depletion von TelAP2 eine Derepression von zuvor stillgelegten VSGs. In dieser Studie zeige ich, dass TelAP2 mit den Telomer-bindenden Proteinen TbTRF und TbTIF2 sowie mit dem telomerassoziierten Protein TelAP1 in BSF interagiert und dass die Depletion von TelAP2 zu dem Verlust der Co-Lokalisation von TelAP1 mit TbTRF in BSF führt. 
Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass die Charakterisierung potenzieller TelAPs dazu beiträgt, Einblicke in die Zusammensetzung des Telomerkomplexes und dessen Rolle bei der VSG-Regulation in Trypanosoma brucei zu gewinnen. Das Verständnis dieser Interaktionen könnte möglicherweise zu neuen therapeutischen Ansatzpunkten zur Bekämpfung der afrikanischen Trypanosomiasis führen.
KW  - Telomer <Molekulargenetik>
KW  - Trypanosoma brucei
KW  - telomere-associated protein
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-352732
ER  - 
TY  - THES
A1  - Trinks, Nora Isabel
T1  - Super-resolution fluorescence microscopic visualization and analysis of interactions between human immune cells and \(Aspergillus\) \(fumigatus\)
T1  - Hochaufgelöste, fluoreszenzmikroskopische Visualisierung und Analyse der Interaktionen zwischen humanen Immunzellen und \(Aspergillus\) \(fumigatus\)
N2  - The mold Aspergillus fumigatus (A. fumigatus) is known as human pathogen and can cause life-threatening infections in humans with a weakened immune system. This is a known complication in patients receiving glucocorticoids, e.g. after hematopoietic stem cell transplantation or solid organ transplantation. Although research in the field of immune cell/fungus interaction has discovered key strategies how immune cells fight against infectious fungi, our knowledge is still incomplete. In order to develop effective treatment options against fungal infections, a detailed understanding of their interactions is crucial. Thus, visualization of immune cell and fungus is an excellent approach to gain further knowledge. For a detailed view of such interaction processes, a high optical resolution on nanometer scale is required. There is a variety of super resolution microscopy techniques, enabling fluorescence imaging beyond the diffraction limit. This work combines the use of three complementary super resolution microscopy techniques, in order to study immune cell/fungus interaction from different points of view.
Aim of this work is the introduction of the recently invented imaging technique named expansion microscopy (ExM) for the study of immune cell/fungus interactions. The core aspect of this method is the physical magnification of the specimen, which increases the distance between protein structures that are close to each other and which can therefore be imaged separately.
The simultaneous magnification of primary human natural killer (NK) cells and A. fumigatus hyphae was established in this work using ExM. Reorganization of cytoskeletal components of interacting NK cells was demonstrated here, by expansion of the immunological synapse (IS), formed between NK cells and A. fumigatus. In addition, reorganization of the microtubule-organizing center (MTOC) towards fungal hyphae and an accumulation of actin at the IS has been observed. Furthermore, ExM has been used to visualize lytic granules of NK cells after degranulation. After magnification of the specimen, lysosome associated protein 1 (LAMP1) was shown to surround perforin. In absence of the plasma membrane-exposed degranulation marker LAMP1, a “ring-shaped” structure was often observed for fluorescently labeled perforin. Volume calculation of lytic granules demonstrated the benefit of ExM. Compared to pre-expansion images, analyses of post-expansion images showed two volume distributions for degranulated and non-degranulated NK cells. In addition, this work emphasizes the importance of determining the expansion factor for a structure in each species, as variations of expansion factors have been observed. This factor, as well as possible sample distortions should be considered, when ExM is used in order to analyze the interaction between two species.
A second focus of this work is the visualization of a chimeric antigen receptor (CAR), targeting an epitope on the cell wall of A. fumigatus. Structured illumination microscopy (SIM) revealed that the CAR is part of the immunological synapse of primary human CAR T cells and CAR-NK-92 cells. At the interaction site, an accumulation of the CAR was observed, as well as the presence of perforin. CAR accumulation at fungal hyphae was further demonstrated by automated live cell imaging of interacting CAR-NK-92 cells, expressing a fluorescent fusion protein.
Additionally, the use of direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) gave first insights in CAR expression levels on the basal membrane of CAR-NK-92 cells, with single molecule sensitivity. CAR cluster analyses displayed a heterogeneous CAR density on the basal membrane of transfected NK 92 cells.
In summary, this work provides insights into the application of ExM for studying the interaction of primary human NK cells and A. fumigatus for the first time. Furthermore, this thesis presents first insights regarding the characterization of an A. fumigatus-targeting CAR, by applying super-resolution fluorescence microscopy, like SIM and dSTORM.
N2  - Der Schimmelpilz Aspergillus fumigatus (A. fumigatus) ist bekannt als Humanpathogen und kann lebensbedrohliche Infektionen bei Menschen mit einem geschwächten Immunsystem verursachen. Dies ist eine bekannte Komplikation bei Patienten die Glucocorticoide erhalten, z.B. nach einer hämatopoetischen Stammzelltransplantation oder soliden Organtransplantation. Obwohl die Forschung im Bereich der Immunzelle/Pilz Interaktion Schlüsselstrategien entdeckt hat, wie Immunzellen infektiöse Pilze bekämpfen, ist unser Wissen immer noch unvollständig. Um effektive Therapieoptionen gegen Pilzinfektionen zu entwickeln, ist ein detailliertes Verständnis ihrer Interaktionen äußerst wichtig. Die Visualisierung von Immunzelle und Pilz ist daher ein exzellenter Ansatz um weitere Erkenntnisse zu gewinnen. Für einen detaillierten Einblick in solche Interaktionsprozesse ist eine hohe optische Auflösung im Nanometerbereich erforderlich. Hierzu gibt es eine Vielzahl an hochauflösenden Mikroskopietechniken, die es ermöglichen, Fluoreszenzbildgebung jenseits der Beugungsbegrenzung zu erzielen. Diese Arbeit kombiniert die Nutzung von drei sich ergänzenden hochauflösenden Mikroskopietechniken, um die Interaktion von Immunzelle/Pilz aus verschiedenen Blickwinkeln zu studieren.
Ziel dieser Arbeit ist das Einführen der kürzlich entwickelten Bildgebungsmethode, namens Expansions-Mikroskopie (engl. expansion microscopy, kurz: ExM), um Immunzelle/Pilz Interaktionen zu studieren. Kernaspekt dieser Methode ist die physische Vergrößerung der Probe, wodurch der Abstand zwischen nahe beieinanderliegenden Proteinstrukturen vergrößert wird und diese daher separiert aufgenommen werden können.
Die simultane Vergrößerung von primären humanen Natürlichen Killerzellen (engl. Natural Killer, kurz: NK) und A. fumigatus Hyphen wurde in dieser Arbeit mittels ExM etabliert. Durch Expansion der Immunologischen Synapse (engl. immunological synapse, kurz: IS), ausgebildet zwischen NK Zellen und A. fumigatus, konnte hier die Reorganisation von Bestandteilen des Zytoskeletts interagierender NK Zellen gezeigt werden. Darüber hinaus konnte eine Reorganisation des Mikrotubuli-organisierenden Zentrums (engl. microtubule-organizing center, kurz: MTOC) in Richtung Pilzhyphen, sowie eine Anreicherung von Aktin an der IS beobachtet werden. Außerdem konnte ExM genutzt werden, um lytische Granula von NK Zellen nach Degranulation zu visualisieren. Für das Lysosom-assoziierte Membranprotein 1 (engl. lysosome-associated protein 1, kurz: LAMP1) konnte nach Vergrößerung der Probe gezeigt werden, dass es Perforin umgibt. Unter Abwesenheit des Plasmamembran-exponierten Degranulations-Markers LAMP1 wurde oft eine „ringförmige“ Struktur für fluoreszenzmarkiertes Perforin beobachtet. Die Volumen Berechnung von lytischen Granula demonstrierte den Nutzen der ExM. Im Vergleich zu Analysen von Bildern vor Expansion, zeigten Analysen von Bildern nach Expansion zwei Verteilungen für die Volumengröße degranulierter und nicht-degranulierter NK Zellen. Zusätzlich unterstreicht diese Arbeit die Wichtigkeit, den Expansionsfaktor für eine Struktur aus jeder Spezies zu bestimmen, da Variationen für Expansionsfaktoren beobachtet wurden. Dieser Faktor sollte ebenso wie mögliche Proben-Deformationen in Betracht gezogen werden, wenn ExM genutzt wird, um die Interaktion zwischen zwei Spezies zu analysieren.
Ein zweiter Fokus dieser Arbeit ist die Visualisierung eines chimärischen Antigenrezeptors (engl. chimeric antigen receptor, kurz: CAR), der ein Epitop auf der Zellwand von A. fumigatus erkennt. Strukturierte Beleuchtungs-Mikroskopie (engl. structured illumination microscopy, kurz: SIM) zeigte, dass der CAR Teil der Immunologischen Synapse von primären CAR-T Zellen und CAR-NK-92 Zellen ist. Eine Anreicherung des CARs, an der Interaktionsseite wurde beobachtet, so wie das Vorhandensein von Perforin. Die Anreicherung vom CAR an der Pilz-Hyphe wurde ferner durch automatisierte Lebend-Zell-Bildgebung interagierender CAR-NK-92 Zellen demonstriert, die ein fluoreszierendes Fusionsprotein exprimieren.
Zusätzlich lieferte das Nutzen von direkter stochastischer optischer Rekonstruktions-Mikroskopie (engl. direct stochastic optical reconstruction microscopy, kurz: dSTORM) erste Einblicke in CAR Expressionslevel auf der basalen Membran von CAR-NK-92 Zellen, mit Einzelmolekül Empfindlichkeit. CAR Cluster Analysen zeigten eine heterogene CAR Dichte auf der basalen Membran transfizierter NK-92 Zellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit erstmals Einblicke in die Anwendung von ExM für die Untersuchung der Interaktion von primären humanen NK Zellen und A. fumigatus liefert. Zudem präsentiert die Thesis erste Einblicke hinsichtlich der Charakterisierung eines A. fumigatus-erkennenden CARs, unter Anwendung von hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie, wie SIM oder dSTORM.
KW  - Mikroskopie
KW  - Konfokale Mikroskopie
KW  - Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - Natürliche Killerzelle
KW  - Expansion Microscopy
KW  - Structured Illumination Microscopy
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-266407
ER  -