TY - THES A1 - Purea, Edmund Armin T1 - New Methods and Applications in Nuclear Magnetic Resonance Microscopy using small RF Coils T1 - Neue Methoden und Anwendungen kleiner HF-Spulen in der NMR-Mikroskopie N2 - Nuclear magnetic resonance (NMR) imaging is a well-established imaging technique. If the achieved spatial resolution is below 100 um, it is usually denoted as magnetic resonance microscopy (MRM). The spatial resolution limit is on the order of a few um. As a downside, high resolution imaging is usually time-consuming and technological requirements are very sumptuous. Furthermore, miniaturization of the radiofrequency (RF) coil leading to a so-called microcoil is necessary; it also brings along detrimental effects. Therefore, there is a high potential for optimizing present MRM methods. Hence it is the aim of this work to improve and further develop present methods in MRM with focus on the RF coil and to apply those methods on new biological applications. All experiments were conducted on a Bruker 17.6 T system with a maximum gradient strength of 1 T/m and four RF receiver channels. Minimizing the RF coil dimensions, leads to increased artefacts due to differences in magnetic susceptibility of the coil wire and surrounding air. Susceptibility matching by immersing the coil in FC-43 is the most common approach that fulfills the requirements of most applications. However, hardly any alternatives are known for cases where usage of FC-43 is not feasible due to its specific disadvantages. Two alternative substances (bromotricholoromethane and Fomblin Y25) were presented and their usability was checked by susceptibility determination and demonstration experiments after shimming under practical conditions. In a typical MRM microcoil experiment, the sample volume is significantly smaller than the maximum volume usable for imaging. This mismatch has been optimized in order to increase the experiment efficiency by increasing the number of probe coils and samples used. A four-channel probehead consisting of four individual solenoid coils suited for cellular imaging of Xenopus laevis oocytes was designed, allowing simultaneous acquisition from four samples. All coils were well isolated and allowed quantitative image acquisition with the same spatial resolution as in single coil operation. This method has also been applied in other studies for increased efficiency: using X. laevis oocytes as a single cell model, the effect of chemical fixation on intracellular NMR relaxation times T1 and T2 and on diffusion was studied for the first time. Significant reduction of relaxation times was found in all cell compartments; after reimmersion in buffer, values return close to the initial values, but there were small but statistically significant differences due to residual formaldehyde. Embryos of the same species have been studied morphologically in different developmental stages. Wild type embryos were compared to embryos that had experienced variations in protein levels of chromosomal proteins HMGN and H1A. Significant differences were found between wild type and HMGN-modified embryos, while no difference was observed between wild type and H1-modified embryos. These results were concordant with results obtained from light microscopy and histology. The technique of molecular imaging was also performed on X. laevis embryos. Commercially available antibodies coupled to ultrasmall superparamagnetic iron oxide (USPIO) dextrane coated particles (MACS) served as a specific probe detectable by MRM, the aim being the detection of tissue specific contrast variations. Initially, the relaxivity of MACS was studied and compared to Resovist and VSOP particles. The iron concentration was determined quantitatively by using a general theoretical approach and results were compared to values obtained from mass spectroscopy. After incubation with MACS antibodies, intraembryonal relaxation times were determined in different regions of the embryo. These values allowed determination of local iron oxide particle concentrations, and specific binding could be distinguished from unspecific binding. Although applications in this work were focused on X. laevis oocytes and embryos, 3D-imaging on a beewolf head was also carried out in order to visualize the postpharyngeal gland. Additionally, an isolated beewolf antenna was imaged with a spatial resolution of (8 um)^3 for depiction of the antennal glands by using a microcoil that was specially designed for this sample. The experiments carried out in this work show that commercially available MRM systems can be significantly optimized by using small sample-adapted RF coils and by parallel operation of multiple coils, by which the sample throughput and thus time-efficiency is increased. With this optimized setup, practical use was demonstrated in a number of new biological applications. N2 - Bildgebung mittels magnetischer Kernresonanz (NMR) ist eine etablierte Methode. Liegt die erreichte Ortsauflösung unter 100 um, wird sie allgemein als Magnetresonanz-Mikroskopie (MRM) bezeichnet. Die Untergrenze der Auflösung liegt in der Größenordnung weniger um. Da höchstaufgelöste Bildgebung meist sehr zeitintensiv ist, kostspielige Anforderungen an die zugrunde liegende Technologie setzt und zudem durch die notwendige Verkleinerung der Hochfrequenz (HF)-Spule auf sogenannte microcoils und Erhöhung der Bildauflösung auch nachteilige Effekte zunehmen, besteht viel Optimierungsbedarf bei bestehenden MRM-Methoden. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Verbesserung und Weiterentwicklung bestehender Methoden der MRM mit besonderem Augenmerk auf die HF-Spule und ihre Anwendung auf neue biologische Fragestellungen. Alle Experimente wurden an einem Bruker 17.6T System mit einer maximalen Gradientenstärke von 1T/m und vier HF-Empfangskanälen durchgeführt. Die Miniaturisierung der HF-Spule führt zu Bildverzerrungen aufgrund des Unterschieds in magnetischer Suszeptibilität zwischen Luft und Spulendraht. Der übliche Ansatz der Suszeptibilitätsanpassung mit FC-43 ist für die meisten Anwendungen ausreichend, jedoch gibt es kaum bekannte Alternativen für den Fall, dass die Nachteile von FC-43 eine Verwendung verhindern. Es wurden zwei neue Substanzen (Bromtrichlormethan sowie Fomblin Y25) vorgestellt und ihre Verwendbarkeit mittels Suszeptibilitätsmessung und experimentellen Shim-Ergebnissen im praktischen Einsatz geprüft. Bei üblichen MRM-Experimenten mit ’microcoils’ ist das Probenvolumen deutlich kleiner als das maximal für Bildgebung zur Verfügung stehende Volumen. Dieses Ungleichgewicht wurde ausgenutzt, um die Effizienz von Mikroskopie-Experimenten durch parallelen Einsatz mehrerer ’microcoils’ zu erhöhen. Ein Probenkopf mit vier entkoppelten Solenoidspulen wurde für zelluläre Bildgebung an Xenopus laevis (Krallenfrosch)-Oozyten konstruiert. Ohne Auflösungsverlust konnten damit vier Proben zeitgleich quantitativ untersucht werden. Diese Methode wurde auch in weiteren Studien zur Steigerung der Effizienz eingesetzt: Am Modell einzelner Zellen (X. laevis-Oozyten) wurde die Auswirkung chemischer Fixierung auf NMR-Relaxationszeiten (T1, T2) sowie Diffusion erstmals intrazellulär untersucht. Es konnten erhebliche Verkürzungen der Relaxationszeiten in allen Zellkompartimenten festgestellt werden, die nach Spülung mit Pufferlösung bis auf geringe, statistisch signifikante Abweichungen bedingt durch verbleibendes Formaldehyd auf die Ausgangswerte der nichtfixierten Zelle zurückkehrten. In einem weiteren Projekt wurden Embryonen derselben Spezies in verschiedenen Entwicklungsstadien morphologisch untersucht. Wildtyp-Embryonen wurden mit Embryonen verglichen, deren natürlicher Gehalt an chromosomalen Proteinen HMGN und H1A verändert wurden. Signifikante Unterschiede zwischen Wildtyp und HMGN-veränderten Embryonen konnten festgestellt werden, während sich kein Unterschied zu H1A-veränderten Embryonen zeigte. Lichtmikroskopie und Histologie lieferten damit übereinstimmende Ergebnisse. Ebenfalls an Xenopus-Embryonen wurde die Technik der molekularen Bildgebung eingesetzt. Ziel war es, mit kommerziell erhältlichen Antikörpern, die an superparamagnetische Eisenoxidpartikel mit einer Größe von wenigen nm (USPIO) mit Dextranhülle gekoppelt sind (MACS), gewebespezifische Kontraständerungen zu erhalten. Zunächst wurde die Relaxivität von MACS untersucht und mit Resovist- sowie VSOP-Partikeln verglichen. Anschließend wurde die Eisenkonzentration quantitativ unter Zuhilfenahme eines allgemeinen theoretischen Modells bestimmt und mit Ergebnissen verglichen, die massenspektroskopisch gewonnen wurden. Nach Inkubation mit MACS wurden Relaxationszeiten intraembryonal in verschiedenen Regionen gemessen. Daraus wurden Konzentrationen von Eisenoxid-Partikeln berechnet; zusätzlich konnte zwischen spezifischer und unspezifischer Bindung differenziert werden. Obwohl der Anwendungsschwerpunkt dieser Arbeit auf der Bildgebung an X. laevis- Oozyten und Embryonen lag, wurde auch Bildgebung am Kopf eines Bienenwolfs zur 3D-Darstellung der Postpharyngealdrüse durchgeführt. Zusätzlich wurde mit einer speziell auf das Untersuchungsobjekt angepassten ’microcoil’ eine isolierte Bienenwolfantenne mit einer Auflösung von (8 um)^3 untersucht; Ziel war die Darstellung der Antennaldrüsen. Die durchgeführten Projekte zeigen, dass bei kommerziell erhältlichen MRM-Systemen deutliches Optimierungspotential existiert: zum einen durch verkleinerte und probenangepasste HF-Spulen, zum anderen durch die Parallelisierung mehrerer Spulen, wodurch der Probendurchsatz und damit die Zeiteffizienz gesteigert werden kann. Mit diesem optimierten Aufbau konnte anschließend die Nutzbarkeit der MRM bei neuen biologischen Anwendungen gezeigt werden. KW - Magnetische Resonanz KW - NMR-Bildgebung KW - Glatter Krallenfrosch KW - Bienenwolf KW - NMR-Mikroskopie KW - Simultanbildgebung KW - MRI KW - magnetic resonance KW - imaging KW - microscopy Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-31066 ER - TY - THES A1 - Stojanovic, Jelena T1 - Cortical functional activations in musical talents and nontalents in visuomotor and auditory tasks: implications of the effect of practice on neuroplasticity T1 - Funktionelle kortikale Aktivierungen bei Musiktalenten und musikalischen Laien in visuomotorischen und auditorischen Aufgaben: Implikationen von Übungseffekten für Neuroplastizität N2 - Neuroplasticity is a term indicating structural and functional changes in the brain through the lifespan. In the present study, differences in the functional cortical activations between the musical talents and non-talents were investigated after a short-term practice of the visuomotor and auditory tasks. Visuomotor task consisted of the finger tapping sequences, while auditory task consisted of passive listening to the classical music excerpts. Non-talents were divided in two groups: trained non-talents who practiced the task prior to scanning and untrained non-talents who did not practice the task. Functional activations were obtained by the functional magnetic resonance imaging (fMRI) in a 1.5T Scanner. It was hypothesized that talents would exhibit different functional activations from non-talents in both tasks as a result of the long-term music practice, which would account for the brain plasticity. Decreased activation of the same areas in talents in respect to the non-talents as well as the activation of different areas between the talents and non-talents was hypothesized. In addition due to a plethora of previous studies showing increased activations in the primary motor cortex (M1) in musicians, as well as left inferior frontal gyrus (lIFG), increased activation of the M1 and lIFG in talents were hypothesized. Behavioral results did not reveal differences in performance among the three groups of subjects (talents, non-talents who practiced the task, and non-talents who did not practice the task). The main findings from imaging results of the visuomotor task confirmed the hypothesis of the increased activation in the M1 in talents. Region of interest analyses of the lIFG revealed the highest activation in the untrained non-talents, lower activation in talents, and least activation in the trained non-talents. Posthoc imaging analyses revealed higher activations in the cerebella of subjects who practiced the visuomotor task. For the auditory task, the effect of auditory practice was observed in the right inferior frontal gyrus (rIFG). These results should be interpreted with caution due to the absence of behavioral differences among the groups. N2 - Die Erforschung von Neuroplastizität hat Implikationen sowohl für klinische Fragestellungen als auch den Bereich der Lernpsychologie. Plastizität erweitert die Perspektive vom Gehirn als einer festen Struktur hin zu einem veränderbaren, flexiblen Organ. Neuroplastizität wird in verschiedenen Bereichen sichtbar: Sowohl nach Schädel-Hirn-Trauma oder Schlaganfall, als Kompensation von beschädigten Arealen durch angrenzende Bereiche, als auch im gesunden Hirn bei der Verbesserung einer Fähigkeit durch wiederholte Übung. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Erforschung von Neuroplastizität leisten durch Übertragung der Konzepte von kurz- und langfristigen Übungseffekten auf den Bereich der Musikalität. Vorhergehende Studien konnten sowohl strukturelle als auch funktionelle kortikale Unterschiede zwischen Musiktalenten und musikalischen Laien nachweisen. In anderen Bereichen (z.B. Sprache, motorisches Lernen, abstraktes Material) konnten zumindest temporäre funktionale kortikale Veränderungen durch Übung bei gesunden Probanden gezeigt werden. In der vorliegenden Arbeit werden die Unterschiede zwischen diesen möglichen “temporären” Veränderungen und langanhaltenden Veränderungen untersucht. Die Studie beinhaltete zwei verschiedenen Aufgaben: eine visuomotorische Aufgabe mit visueller Präsentation von Tapping-Sequenzen und eine auditorische Aufgabe bestehend aus der auditorischen Präsentation klassischer Musikstücke aus dem 19. Jahrhundert. Die musikalischen Laien wurden randomisiert einer von zwei Gruppen zugeteilt: Musikalische Laien, die die visuomotorische Aufgabe übten (untrainiert in der auditorischen Aufgabe) und Laien, die die auditorische Aufgabe übten (untrainiert in der visuomotorischen Aufgabe). Die dritte Gruppe bildeten Musiktalente, definiert als Probanden mit einer durchschnittlichen Übungszeit von 130 Minuten am Tag seit mindestens 2 Jahren vor Beginn der Studie. Die Laien hatten 5 Jahre vor Beginn der Studie kein Instrument mehr gespielt. Die Untersuchungsmethode dieser Arbeit ist funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT). Sie basiert auf dem Prinzip der Beobachtung von Veränderungen im Sauerstoffgehalt des Blutes in den Hirngefäßen. Diese Veränderungen werden in Zusammenhang gebracht mit neuronaler Aktivität; daher erlaubt die Beobachtung des Blutsauerstoffgehalts einen Rückschluss auf gesteigerte Aktivität in den beobachteten Arealen. Eine univariate Varianzanalyse fand keine signifikante Interaktion des Gruppenfaktors (untrainierte Laien, trainierte Laien, Musiktalente) mit IQ und akademischer Laufbahn. Ein zusätzlicher Ein-Stichproben-t-Test zeigte keine Leistungsunterschiede zwischen Laien und Talenten. Für die visuomotorische Aufgabe zeigte die Bildgebungsanalyse die folgenden Ergebnisse: Gruppenunterschiede in der Aktivierung (Talente vs. Laien) des bilateralen Precuneus, rechten mittleren temporalen Gyrus und linken mittleren frontalen Gyrus. Eine Region-of-Interest (ROI)- Analyse für den Haupteffekt der Aufgabe zeigte signifikante Aktivierungen im linken primärmotorischen Kortex (M1). Zusätzliche Aktivierungen fanden sich im linken inferior frontalen Gyrus (lIFG) bezüglich des Kontrasts „trainierte Laien vs. untrainierte Laien plus Talente“ bzw. „kurzzeitiger Übungseffekt vs. keine Übung plus langfristiger Übungseffekt“. Für die auditorische Aufgabe zeigten sich signifikante Aktivierungen im rechten inferior frontalen Gyrus (rIFG) für den „Talente plus trainierte Laien vs. Untrainierte Laien“- Kontrast. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Übung beider Aufgaben zur Verwendung unterschiedlicher kortikaler Areale und damit vermutlich verbundener Strategien führt, es gab jedoch keinen Effekt auf der Verhaltensebene. Aufgrund der fehlenden Verhaltensunterschiede müssen die Ergebnisse der Bildgebung mit Vorsicht interpretiert werden. Zukünftige Studien sollten Talente mit längerer durchschnittlicher Übungszeit berücksichtigen, längere Übungszeit der Aufgaben beinhalten, um Bodeneffekte zu verhindern, und eventuell eine komplexere auditorische Aufgabe zur Vermeidung von Deckeneffekten. KW - Neuronale Plastizität KW - Musikalität KW - plasticity KW - talent KW - music KW - imaging Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-51898 ER - TY - THES A1 - Ruchty, Markus T1 - Sensory basis of thermal orientation in leaf-cutting ants T1 - Sensorische Grundlagen der thermischen Orientierung bei Blattschneiderameisen N2 - Leaf-cutting ants have a highly developed thermal sense which the insects use to regulate the own body temperature and also to optimize brood and fungus development. Apart from the already described temperature guided behaviors inside the nest it is unknown to what extent the ants may use their thermal sense outside the nest. As part of the present thesis, the question was addressed whether leaf-cutting ants (Atta vollenweideri) are able to learn the position of a warm object as landmark for orientation during foraging. Using absolute conditioning, it was shown that ten training trials are sufficient to elicit the association be-tween food reward and the temperature stimulus. In the test situation (without reward) a significantly higher amount of ants preferred the heated site compared to the unheated con-trol. Importantly, thermal radiation alone was sufficient to establish the learned association and served as orientation cue during the test situation (chapter IV). Based on the experi-mental design used in the previous chapter, the localization of thermosensitive neurons, which detect the underlying thermal stimuli, is restricted to the head or the antennae of the ants. The antennal sensillum coeloconicum is a potential candidate to detect the thermal stimuli during the orientation behavior. In chapter V the sensillum coeloconicum of Atta vollenweideri was investigated concerning its gross morphology, fine-structure and the phy-siology of the associated thermosensitive neuron. The sensillum is predominantly located on the apical antennal segment (antennal tip) where around 12 sensilla are clustered, and it has a peg-in-pit morphology with a double walled, multiporous peg. The sensory peg is deeply embedded in a cuticular pit, connected to the environment only by a tiny aperture. The sen-sillum houses three receptor neurons of which one is thermosensitive whereas the sensory modality of the other two neurons remains to be shown. Upon stimulation with a drop in temperature, the thermosensitve neuron responds with a phasic-tonic increase in neuronal activity (cold-sensitive neuron) and shows rapid adaptation to prolonged stimulation. In ad-dition, it is shown that thermal radiation is an effective stimulus for the thermosensitive neuron. This is the first evidence that sensilla coeloconica play an important role during the thermal orientation behavior described in chapter IV. During the test situation of the classic-al conditioning paradigm, the ants showed rapid antennal movements, indicating that they scan their environment in order to detect the heated object. Rapid antennal movements will result in rapid discontinuities of thermal radiation that re-quire thermosensitive neurons with outstanding sensitivity and high temporal resolution. In Chapter VI the question was addressed whether the thermosensitive neuron of the sensilla coeloconica fulfils these preconditions. Extracellular recordings revealed that the neuron is extremely sensitive to temperature transients and that, due to the response dynamics, an estimated stimulus frequency of up to 5 Hz can be resolved by the neuron. Already a tem-perature increase of only 0.005 °C leads to a pronounced response of the thermosensitive neuron. Through sensory adaptation, the sensitivity to temperature transients is maintained over a wide range of ambient temperatures. The discovered extreme sensitivity, the high temporal resolution and the pronounced adaptation abilities are further evidence support-ing the idea that sensilla coeloconica receive information of the thermal environment, which the ants may use for orientation. In order to understand how the ants use their thermal environment for orientation, it is ne-cessary to know where and how thermal information is processed in their central nervous system. In Chapter VII the question is addressed where in the brain the thermal information, specifically received by the thermosensitive neuron of sensilla coeloconica, is represented. By selectively staining single sensilla coeloconica, the axons of the receptor neurons could be tracked into the antennal lobe of Atta vollenweideri workers. Each of the three axons termi-nated in a single functional unit (glomerulus) of the antennal lobe. Two of the innervated glomeruli were adjacent to each other and are located lateral, while the third one was clear-ly separate and located medial in the antennal lobe. Using two-photon Ca2+ imaging of an-tennal lobe projection neurons, the general representation of thermal information in the antennal lobe was studied. In 11 investigated antennal lobes up to six different glomeruli responded to temperature stimulation in a single specimen. Both, warm- and cold-sensitive glomeruli could be identified. All thermosensitive glomeruli were located in the medial half of the antennal lobe. Based on the correlative evidence of the general representation of thermal information and the results from the single sensilla stainings, it is assumed that thermal information received by sensilla coeloconica is processed in the medial of the three target glomeruli. This part of the thesis shows the important role of the antennal lobe in temperature processing and links one specific thermosensitive neuron to its target region (a single glomerulus). In chapter V it was shown that the sensilla coeloconica are clustered at the antennal tip and have an extraordinary peg-in-pit morphology. In the last chapter of this thesis (Chapter VIII) the question is addressed whether the morphology of the sensilla coeloconica predicts the receptive field of the thermosensitive neuron during the detection of thermal radiation. The sensory pegs of all sensilla coeloconica in the apical cluster have a similar orientation, which was not constraint by the shape of the antennal tip where the cluster is located. This finding indicates that the sensilla coeloconica function as a single unit. Finally the hypothesis was tested whether a single sensillum could be direction sensitive to thermal radiation based on its eye-catching morphology. By stimulating the thermosensitive neuron from various angles around the sensillum this indeed could be shown. This is the last and most significant evi-dence that the sensilla coeloconica may be adapted to detect spatially distributed heated objects in the environment during the thermal landmark orientation of ants. N2 - Blattschneiderameisen besitzen einen hochgradig entwickelten Temperatursinn, den sie hauptsächlich zur Regulation ihrer Körpertemperatur, aber auch zur Optimierung der Brut- und Pilzentwicklung einsetzen. Abgesehen von temperaturgesteuerten Verhaltensweisen innerhalb des Nests ist nicht bekannt, ob die Tiere ihren Temperatursinn auch außerhalb des Nests einsetzen können. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird der Frage nachgegan-gen, ob Blattschneiderameisen (Atta vollenweideri) die Position eines warmen Objektes de-tektieren können und ob sie das Objekt anschließend als erlernte Landmarke zur Orientie-rung während des Furagierens nutzen können. Mit Hilfe eines absoluten Konditionierungs-paradigmas konnte gezeigt werden, dass nach zehn Trainingsdurchläufen die Assoziation zwischen Futter und einem thermischem Stimulus von den Tieren gebildet wird. In der unbe-lohnten Testsituation entscheiden sich die signifikant höhere Anzahl der Tiere für die er-wärmte Seite. Alleine die thermische Strahlung des erwärmten Körpers ist bereits ausrei-chend, um die Assoziation zu bilden und während des Tests als Orientierungssignal zu dienen (Kapitel IV). Durch die Art und Weise der Durchführung des Experiments im vorangegangenen Kapitel, konnte der Ort, an dem sich die nötigen thermosensitiven Neurone befinden, auf den Kopf bzw. die Antennen der Tiere beschränkt werden. Aufgrund ihrer Position auf den Antennen gelten die Sensilla coeloconica als potentielle Kandidaten für die Detektion der notwendigen Stimuli während des thermischen Orientierungsverhaltens. In Kapitel V dieser Arbeit wird das Sensillum coeloconicum in Bezug auf seine Morphologie, seine Ultrastruktur und die Physiologie des assoziierten thermosensitiven Neurons untersucht. Sensilla coeloconica be-finden sich hauptsächlich auf dem letzen Antennensegment, der Antennenspitze, in einer Gruppe von bis zu 12 einzelnen Sensillen. Morphologisch kann das Sensillum als Grubensensillum klassifiziert werden und es enthält einem doppelwandigen Zapfen, der von zahlreichen Poren durchzogen ist. Der Zapfen ist tief in eine kutikuläre Grube eingelassen und nur über eine winzige Apertur mit der Umwelt verbunden. Das Sensillum beherbergt drei Rezeptorneurone, von denen eines thermosensitiv ist, während die sensorische Modali-tät der anderen beiden Neurone bis auf weiteres unklar ist. Als Antwort auf eine Abnahme in der Stimulustemperatur generiert das thermosensitive Neuron eine phasisch-tonische Erhö-hung der neuronalen Aktivität (kältesensitives Neuron) und adaptiert sehr schnell an anhaltende Stimulationen. Zusätzlich kann gezeigt werden, dass thermische Strahlung ein wirksa-mer Stimulus für das thermosensitive Neuron ist. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind ein erster Hinweis darauf, dass die Sensilla coeloconica eine wichtige Rolle während des thermischen Orientierungsverhaltens spielen. Bei der klassischen Konditionierung wurden schnelle Antennenbewegungen bei den Ameisen festgestellt, die sich in der Testsituation zwischen dem warmen Objekt und dem Kontrollob-jekt entscheiden mussten. Diese schnellen Bewegungen könnten bedeuten, dass die Tiere Ihre Umgebung nach dem konditionierten warmen Objekt absuchen. Solche schnellen An-tennenbewegungen führen zu schnellen Temperaturänderungen und die Detektion dieser Stimuli setzt thermosensitive Neurone mit besonderer Sensitivität und erhöhtem zeitlichen Auflösungsvermögen voraus. In Kapitel VI wird untersucht, ob das thermosensitive Neuron der Sensilla coeloconica diese Voraussetzungen erfüllt. Extrazelluläre Ableitungen zeigen, dass das Neuron extrem sensitiv auf Temperaturänderungen reagiert und dass aufgrund der Antwortdynamik Stimulationsfrequenzen von bis zu fünf Hertz aufgelöst werden können. Schon eine Temperaturänderung von 0.005 °C führt zu einer ausgeprägten Antwort des thermosensitiven Neurons. Durch sensorische Adaption bleibt diese erhöhte Sensitivität über einen großen Umgebungstemperaturbereich erhalten. Die außergewöhnliche Sensitivi-tät, die hohe zeitliche Auflösung sowie die Adaptionsfähigkeit des thermosensitiven Neurons sind weitere Hinweise darauf, dass die Sensilla coeloconica in der Lage sind Stimuli zu rezi-pieren, welche zur thermischen Orientierung genutzt werden könnten. Um zu verstehen, wie sich die Tiere anhand ihrer thermischen Umwelt orientieren, ist es nötig zu wissen, wo im Zentralnervensystem die thermische Information prozessiert wird. In Kapitel VII wird analysiert, in welchem Bereich des Gehirns die thermische Information der Sensilla coeloconica repräsentiert ist. Mittels selektiver Färbung einzelner Sensilla coeloconica können die Axone der Rezeptorneurone im Gehirn verfolgt werden. Jedes der drei Axone endet in jeweils einer funktionellen Einheit (Glomerulus) im Antennallobus. Zwei der innervierten Glomeruli sind direkt benachbart und liegen im lateralen Teil des Antennallobus während der dritte Glomerulus im medialen Bereich zu finden ist. Mit Hilfe von zwei-Photonen Ca2+ Imaging der Projektionsneurone wurde die Repräsentation von thermischer Information im Antennallobus untersucht. In 11 untersuchten Antennalloben antworten bis zu sechs einzelne Glomeruli auf die Temperaturstimulation. Sowohl warm- als auch kalt-sensitive Glomeruli konnten identifiziert werden. Alle thermosensitiven Glomeruli tende Stimulationen. Zusätzlich kann gezeigt werden, dass thermische Strahlung ein wirksa-mer Stimulus für das thermosensitive Neuron ist. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind ein erster Hinweis darauf, dass die Sensilla coeloconica eine wichtige Rolle während des thermischen Orientierungsverhaltens spielen. Bei der klassischen Konditionierung wurden schnelle Antennenbewegungen bei den Ameisen festgestellt, die sich in der Testsituation zwischen dem warmen Objekt und dem Kontrollob-jekt entscheiden mussten. Diese schnellen Bewegungen könnten bedeuten, dass die Tiere Ihre Umgebung nach dem konditionierten warmen Objekt absuchen. Solche schnellen An-tennenbewegungen führen zu schnellen Temperaturänderungen und die Detektion dieser Stimuli setzt thermosensitive Neurone mit besonderer Sensitivität und erhöhtem zeitlichen Auflösungsvermögen voraus. In Kapitel VI wird untersucht, ob das thermosensitive Neuron der Sensilla coeloconica diese Voraussetzungen erfüllt. Extrazelluläre Ableitungen zeigen, dass das Neuron extrem sensitiv auf Temperaturänderungen reagiert und dass aufgrund der Antwortdynamik Stimulationsfrequenzen von bis zu fünf Hertz aufgelöst werden können. Schon eine Temperaturänderung von 0.005 °C führt zu einer ausgeprägten Antwort des thermosensitiven Neurons. Durch sensorische Adaption bleibt diese erhöhte Sensitivität über einen großen Umgebungstemperaturbereich erhalten. Die außergewöhnliche Sensitivi-tät, die hohe zeitliche Auflösung sowie die Adaptionsfähigkeit des thermosensitiven Neurons sind weitere Hinweise darauf, dass die Sensilla coeloconica in der Lage sind Stimuli zu rezipieren, welche zur thermischen Orientierung genutzt werden könnten. KW - Neurobiologie KW - Temperatur KW - Orientierung KW - Neurobiologie KW - soziale Insekten KW - Elektrophysiologie KW - Infrared radiation KW - thermal orientation KW - social insects KW - imaging KW - neurobiology Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48906 ER - TY - JOUR A1 - Lapa, Constantin A1 - Lückerath, Katharina A1 - Kleinlein, Irene A1 - Monoranu, Camelia Maria A1 - Linsenmann, Thomas A1 - Kessler, Almuth F. A1 - Rudelius, Martina A1 - Kropf, Saskia A1 - Buck, Andreas K. A1 - Ernestus, Ralf-Ingo A1 - Wester, Hans-Jürgen A1 - Löhr, Mario A1 - Herrmann, Ken T1 - \(^{68}\)Ga-Pentixafor-PET/CT for Imaging of Chemokine Receptor 4 Expression in Glioblastoma JF - Theranostics N2 - Chemokine receptor-4 (CXCR4) has been reported to be overexpressed in glioblastoma (GBM) and to be associated with poor survival. This study investigated the feasibility of non-invasive CXCR4-directed imaging with positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) using the radiolabelled chemokine receptor ligand \(^{68}\)Ga-Pentixafor. 15 patients with clinical suspicion on primary or recurrent glioblastoma (13 primary, 2 recurrent tumors) underwent \(^{68}\)Ga-Pentixafor-PET/CT for assessment of CXCR4 expression prior to surgery. O-(2-\(^{18}\)F-fluoroethyl)-L-tyrosine (\(^{18}\)F-FET) PET/CT images were available in 11/15 cases and were compared visually and semi-quantitatively (SUV\(_{max}\), SUV\(_{mean}\)). Tumor-to-background ratios (TBR) were calculated for both PET probes. \(^{68}\)Ga-Pentixafor-PET/CT results were also compared to histological CXCR4 expression on neuronavigated surgical samples. \(^{68}\)Ga-Pentixafor-PET/CT was visually positive in 13/15 cases with SUV\(_{mean}\) and SUV\(_{max}\) of 3.0±1.5 and 3.9±2.0 respectively. Respective values for \(^{18}\)F-FET were 4.4±2.0 (SUV\(_{mean}\)) and 5.3±2.3 (SUV\(_{max}\)). TBR for SUV\(_{mean}\) and SUV\(_{max}\) were higher for \(^{68}\)Ga-Pentixafor than for \(^{18}\)F-FET (SUV\(_{mean}\) 154.0±90.7 vs. 4.1±1.3; SUV\(_{max}\) 70.3±44.0 and 3.8±1.2, p<0.01), respectively. Histological analysis confirmed CXCR4 expression in tumor areas with high \(^{68}\)Ga-Pentixafor uptake; regions of the same tumor without apparent \(^{68}\)Ga-Pentixafor uptake showed no or low receptor expression. In this pilot study, \(^{68}\)Ga-Pentixafor retention has been observed in the vast majority of glioblastoma lesions and served as readout for non-invasive determination of CXCR4 expression. Given the paramount importance of the CXCR4/SDF-1 axis in tumor biology, \(^{68}\)Ga-Pentixafor-PET/CT might prove a useful tool for sensitive, non-invasive in-vivo quantification of CXCR4 as well as selection of patients who might benefit from CXCR4-directed therapy. KW - imaging KW - chemokine receptor-4 KW - glioblastoma KW - positron emission tomography/computed tomography KW - \(^{68}\)Ga-Pentixafor Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-168174 VL - 6 IS - 3 ER - TY - JOUR A1 - Canessa, Andrea A1 - Pozzi, Nicolò G. A1 - Arnulfo, Gabriele A1 - Brumberg, Joachim A1 - Reich, Martin M. A1 - Pezzoli, Gianni A1 - Ghilardi, Maria F. A1 - Matthies, Cordula A1 - Steigerwald, Frank A1 - Volkmann, Jens A1 - Isaias, Ioannis U. T1 - Striatal Dopaminergic Innervation Regulates Subthalamic Beta-Oscillations and Cortical-Subcortical Coupling during Movements: Preliminary Evidence in Subjects with Parkinson's Disease JF - Frontiers in Human Neuroscience N2 - Activation of the basal ganglia has been shown during the preparation and execution of movement. However, the functional interaction of cortical and subcortical brain areas during movement and the relative contribution of dopaminergic striatal innervation remains unclear. We recorded local field potential (LFP) activity from the subthalamic nucleus (STN) and high-density electroencephalography (EEG) signals in four patients with Parkinson’s disease (PD) off dopaminergic medication during a multi-joint motor task performed with their dominant and non-dominant hand. Recordings were performed by means of a fully-implantable deep brain stimulation (DBS) device at 4 months after surgery. Three patients also performed a single-photon computed tomography (SPECT) with [123I]N-ω-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3β-(4-iodophenyl)nortropane (FP-CIT) to assess striatal dopaminergic innervation. Unilateral movement execution led to event-related desynchronization (ERD) followed by a rebound after movement termination event-related synchronization (ERS) of oscillatory beta activity in the STN and primary sensorimotor cortex of both hemispheres. Dopamine deficiency directly influenced movement-related beta-modulation, with greater beta-suppression in the most dopamine-depleted hemisphere for both ipsi- and contralateral hand movements. Cortical-subcortical, but not interhemispheric subcortical coherencies were modulated by movement and influenced by striatal dopaminergic innervation, being stronger in the most dopamine-depleted hemisphere. The data are consistent with a role of dopamine in shielding subcortical structures from an excessive cortical entrapment and cross-hemispheric coupling, thus allowing fine-tuning of movement. KW - beta oscillations KW - Parkinson’s disease KW - motor control KW - movement disorders KW - imaging KW - subthalamic nucleus KW - coherence analysis Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164061 VL - 10 IS - 611 ER - TY - JOUR A1 - Krstic, Jelena A1 - Herrmann, Marietta A1 - Gadjanski, Ivana A1 - Mojsilovic, Slavko T1 - Editorial: Microenvironment-derived stem cell plasticity JF - Frontiers in Cell and Developmental Biology N2 - No abstract available. KW - plasticity KW - stem cells KW - microenvironment KW - imaging KW - extracellular vesicles (EVs) KW - oxygen tension KW - tissue regeneration KW - immunomodulation Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-197424 SN - 2296-634X VL - 5 ER - TY - JOUR A1 - Rogowski-Lehmann, Natalie A1 - Geroula, Aikaterini A1 - Prejbisz, Aleksander A1 - Timmers, Henri J. L. M. A1 - Megerle, Felix A1 - Robledo, Mercedes A1 - Fassnacht, Martin A1 - Fliedner, Stephanie M. J. A1 - Reincke, Martin A1 - Stell, Anthony A1 - Januszewicz, Andrzej A1 - Lenders, Jacques W. M. A1 - Eisenhofer, Graeme A1 - Beuschlein, Felix T1 - Missed clinical clues in patients with pheochromocytoma/paraganglioma discovered by imaging JF - Endocrine Connections N2 - Background: Pheochromocytomas and paragangliomas (PPGLs) are rare but potentially harmful tumors that can vary in their clinical presentation. Tumors may be found due to signs and symptoms, as part of a hereditary syndrome or following an imaging procedure. Objective: To investigate potential differences in clinical presentation between PPGLs discovered by imaging (iPPGLs), symptomatic cases (sPPGLs) and those diagnosed during follow-up because of earlier disease/known hereditary mutations (fPPGL). Design: Prospective study protocol, which has enrolled patients from six European centers with confirmed PPGLs. Data were analyzed from 235 patients (37 iPPGLs, 36 sPPGLs, 27% fPPGLs) and compared for tumor volume, biochemical profile, mutation status, presence of metastases and self-reported symptoms. iPPGL patients were diagnosed at a significantly higher age than fPPGLs (P<0.001), found to have larger tumors (P=0.003) and higher metanephrine and normetanephrine levels at diagnosis (P=0.021). Significantly lower than in sPPGL, there was a relevant number of self-reported symptoms in iPPGL (2.9 vs 4.3 symptoms, P< 0.001). In 16.2% of iPPGL, mutations in susceptibility genes were detected, although this proportion was lower than that in fPPGL (60.9%) and sPPGL (21.5%). Patients with PPGLs detected by imaging were older, have higher tumor volume and more excessive hormonal secretion in comparison to those found as part of a surveillance program. Presence of typical symptoms indicates that in a relevant proportion of those patients, the PPGL diagnosis had been delayed. Precis: Pheochromocytoma/paraganglioma discovered by imaging are often symptomatic and carry a significant proportion of germline mutations in susceptibility genes. KW - pheochromocytoma KW - paraganglioma KW - imaging KW - signs and symptoms KW - prospective KW - Biochemical-Diagnosis KW - Plasma KW - MASS KW - Normetanephrine KW - Metanephrine KW - Paraganglioma KW - Society KW - Utility Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-226481 VL - 7 IS - 11 ER - TY - JOUR A1 - Kunz, Tobias C. A1 - Götz, Ralph A1 - Sauer, Markus A1 - Rudel, Thomas T1 - Detection of chlamydia developmental forms and secreted effectors by expansion microscopy JF - Frontiers in Cellular and Infection Microbiology N2 - Expansion microscopy (ExM) is a novel tool to improve the resolution of fluorescence-based microscopy that has not yet been used to visualize intracellular pathogens. Here we show the expansion of the intracellular pathogen Chlamydia trachomatis, enabling to differentiate its two distinct forms, catabolic active reticulate bodies (RB) and infectious elementary bodies (EB), on a conventional confocal microscope. We show that ExM enables the possibility to precisely locate chlamydial effector proteins, such as CPAF or Cdu1, within and outside of the chlamydial inclusion. Thus, we claim that ExM offers the possibility to address a broad range of questions and may be useful for further research on various intracellular pathogens. KW - expansion microscopy KW - chlamydia KW - secreted effectors KW - developmental forms KW - superresolution KW - imaging Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-195716 SN - 2235-2988 VL - 9 IS - 276 ER - TY - THES A1 - Griesbeck, Stefanie Ingrid T1 - A Very Positive Image of Boron: Triarylborane Chromophores for Live Cell Imaging T1 - Ein sehr positives Bild von Bor: Triarylboran Farbstoffe für Lebendzellenmikroskopie N2 - Efficient quadrupolar chromophores (A–pi–A) with triarylborane moieties as acceptors have been studied by the Marder group regarding their non‐linear optical properties and two‐photon absorption ability for many years. Within the present work, this class of dyes found applications in live‐cell imaging. Therefore, the dyes need to be water‐soluble and water‐stable in diluted aqueous solutions, which was examined in Chapter 2. Furthermore, the influence of the pi‐bridge on absorption and emission maxima, fluorescence quantum yields and especially the two-photon absorption properties of the chromophores was investigated in Chapter 3. In Chapter 4, a different strategy for the design of efficient two‐photon excited fluorescence imaging dyes was explored using dipoles (D–A) and octupoles (DA3). Finding the optimum balance between water‐stability and pi‐conjugation and, therefore, red‐shifted absorption and emission and high fluorescence quantum yields, was investigated in Chapter 5 N2 - Effiziente quadrupole Farbstoffe (A–pi–A) mit Triarylboraneinheiten als Akzeptoren wurden innerhalb der letzten Jahre von der Arbeitsgruppe Marder bezüglich ihrer nicht‐linearen optischen Eigenschaften und Zweiphotonenabsorptionsfähigkeiten untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Farbstoffklasse zur Untersuchung lebender Zellen mittels Fluoreszenzmikroskopie angewendet. Hierzu müssen die Farbstoffe wasserlöslich und in verdünnten wässrigen Lösungen stabil sein. Dies wurde in Kapitel 2 untersucht. Außerdem wurde der Einfluss der pi‐Brücke auf das Absorptions‐ und Emissionsmaximum, die Fluoreszenzquantenausbeute und vor allem die Zweiphotonenabsorptionsfähigkeit untersucht (Kapitel 3). In Kapitel 4 wurden andere molekulare Designstrategien verfolgt um effiziente Zweiphotonenangeregtenfluoreszenzfarbstoffe zu erhalten. Dazu zählen die Strukturmotive des Dipols (D–A) und des Oktupols (DA3). Bestandteil des Kapitels 5 war die Optimierung zwischen Wasserstabilität und pi‐Konjugation und eine damit verbundene rotverschobene Absorption und Emission, sowie eine hohe Fluoreszenzquantenausbeute KW - Borane KW - Bor KW - Lumineszenz KW - Fluoreszenz KW - Zweiphotonenabsorption KW - imaging KW - luminescence KW - fluorescence KW - two-photon absorption KW - borane Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179921 ER - TY - JOUR A1 - Drakopoulos, Antonios A1 - Decker, Michael T1 - Development and Biological Applications of Fluorescent Opioid Ligands JF - ChemPlusChem N2 - Opioid receptors (ORs) are classified among the oldest and best investigated drug targets due to their fundamental role in the treatment of pain and related disorders. ORs are divided in three conventional subtypes (μ, κ, δ) and the non‐classical nocicepetin receptor. All ORs are family A G protein‐coupled receptors (GPCRs), and are located on the cell surface. Modern biophysical methods use light to investigate physiological processes at organismal, cellular and subcellular level. Many of these methods rely on fluorescent ligands, thus highlighting their importance. This review addresses the advancements in the development of opioid fluorescent ligands and their use in biological, pharmacological and imaging applications. KW - biophysics KW - fluorescent ligands KW - imaging KW - microscopy KW - opioid receptors Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-216068 VL - 85 IS - 6 SP - 1354 EP - 1364 ER - TY - JOUR A1 - Hendricks, Anne A1 - Lenschow, Christina A1 - Kroiss, Matthias A1 - Buck, Andreas A1 - Kickuth, Ralph A1 - Germer, Christoph-Thomas A1 - Schlegel, Nicolas T1 - Evaluation of diagnostic efficacy for localization of parathyroid adenoma in patients with primary hyperparathyroidism undergoing repeat surgery JF - Langenbeck's Archives of Surgery N2 - Purpose Repeat surgery in patients with primary hyperparathyroidism (pHPT) is associated with an increased risk of complications and failure. This stresses the need for optimized strategies to accurately localize a parathyroid adenoma before repeat surgery is performed. However, evidence on the extent of required diagnostics for a structured approach is sparse. Methods A retrospective single-center evaluation of 28 patients with an indication for surgery due to pHPT and previous thyroid or parathyroid surgery was performed. Diagnostic workup, surgical approach, and outcome in terms of complications and successful removement of parathyroid adenoma with biochemical cure were evaluated. Results Neck ultrasound, sestamibi scintigraphy, C11-methionine PET-CT, and selective parathyroid hormone venous sampling, but not MRI imaging, effectively detected the presence of a parathyroid adenoma with high positive predictive values. Biochemical cure was revealed by normalization of calcium and parathormone levels 24-48h after surgery and was achieved in 26/28 patients (92.9%) with an overall low rate of complications. Concordant localization by at least two diagnostic modalities enabled focused surgery with success rates of 100%, whereas inconclusive localization significantly increased the rate of bilateral explorations and significantly reduced the rate of biochemical cure to 80%. Conclusion These findings suggest that two concordant diagnostic modalities are sufficient to accurately localize parathyroid adenoma before repeat surgery for pHPT. In cases of poor localization, extended diagnostic procedures are warranted to enhance surgical success rates. We suggest an algorithm for better orientation when repeat surgery is intended in patients with pHPT. KW - Primary hyperparathyroidism (pHPT) KW - preoperative localization KW - repeat surgery KW - diagnostics KW - imaging Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-267520 SN - 1435-2451 VL - 406 IS - 5 ER - TY - JOUR A1 - Porubsky, Stefan A1 - Popovic, Zoran V. A1 - Badve, Sunil A1 - Banz, Yara A1 - Berezowska, Sabina A1 - Borchert, Dietmar A1 - Brüggemann, Monika A1 - Gaiser, Timo A1 - Graeter, Thomas A1 - Hollaus, Peter A1 - Huettl, Katrin S. A1 - Kotrova, Michaela A1 - Kreft, Andreas A1 - Kugler, Christian A1 - Lötscher, Fabian A1 - Möller, Burkhard A1 - Ott, German A1 - Preissler, Gerhard A1 - Roessner, Eric A1 - Rosenwald, Andreas A1 - Ströbel, Philipp A1 - Marx, Alexander T1 - Thymic hyperplasia with lymphoepithelial sialadenitis (LESA)-like features: strong association with lymphomas and non-myasthenic autoimmune diseases JF - Cancers N2 - Thymic hyperplasia (TH) with lymphoepithelial sialadenitis (LESA)-like features (LESA-like TH) has been described as a tumor-like, benign proliferation of thymic epithelial cells and lymphoid follicles. We aimed to determine the frequency of lymphoma and autoimmunity in LESA-like TH and performed retrospective analysis of cases with LESA-like TH and/or thymic MALT-lymphoma. Among 36 patients (21 males) with LESA-like TH (age 52 years, 32–80; lesion diameter 7.0 cm, 1–14.5; median, range), five (14%) showed associated lymphomas, including four (11%) thymic MALT lymphomas and one (3%) diffuse large B-cell lymphoma. One additional case showed a clonal B-cell-receptor rearrangement without evidence of lymphoma. Twelve (33%) patients (7 women) suffered from partially overlapping autoimmune diseases: systemic lupus erythematosus (n = 4, 11%), rheumatoid arthritis (n = 3, 8%), myasthenia gravis (n = 2, 6%), asthma (n = 2, 6%), scleroderma, Sjögren syndrome, pure red cell aplasia, Grave’s disease and anti-IgLON5 syndrome (each n = 1, 3%). Among 11 primary thymic MALT lymphomas, remnants of LESA-like TH were found in two cases (18%). In summary, LESA-like TH shows a striking association with autoimmunity and predisposes to lymphomas. Thus, a hematologic and rheumatologic workup should become standard in patients diagnosed with LESA-like TH. Radiologists and clinicians should be aware of LESA-like TH as a differential diagnosis for mediastinal mass lesions in patients with autoimmune diseases. KW - autoimmune disease KW - imaging KW - LESA KW - lymphoma KW - myasthenia KW - pathology KW - surgery KW - thymus KW - thymic epithelial tumor KW - thymitis Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223049 SN - 2072-6694 VL - 13 IS - 2 ER - TY - JOUR A1 - Voigt, Gesche M. A1 - Thiele, Dominik A1 - Wetzke, Martin A1 - Weidemann, Jürgen A1 - Parpatt, Patricia‐Maria A1 - Welte, Tobias A1 - Seidenberg, Jürgen A1 - Vogelberg, Christian A1 - Koster, Holger A1 - Rohde, Gernot G. U. A1 - Härtel, Christoph A1 - Hansen, Gesine A1 - Kopp, Matthias V. T1 - Interobserver agreement in interpretation of chest radiographs for pediatric community acquired pneumonia: Findings of the pedCAPNETZ‐cohort JF - Pediatric Pulmonology N2 - Although chest radiograph (CXR) is commonly used in diagnosing pediatric community acquired pneumonia (pCAP), limited data on interobserver agreement among radiologists exist. PedCAPNETZ is a prospective, observational, and multicenter study on pCAP. N = 233 CXR from patients with clinical diagnosis of pCAP were retrieved and n = 12 CXR without pathological findings were added. All CXR were interpreted by a radiologist at the site of recruitment and by two external, blinded pediatric radiologists. To evaluate interobserver agreement, the reporting of presence or absence of pCAP in CXR was analyzed, and prevalence and bias‐adjusted kappa (PABAK) statistical testing was applied. Overall, n = 190 (82%) of CXR were confirmed as pCAP by two external pediatric radiologists. Compared with patients with pCAP negative CXR, patients with CXR‐confirmed pCAP displayed higher C‐reactive protein levels and a longer duration of symptoms before enrollment (p < .007). Further parameters, that is, age, respiratory rate, and oxygen saturation showed no significant difference. The interobserver agreement between the onsite radiologists and each of the two independent pediatric radiologists for the presence of pCAP was poor to fair (69%; PABAK = 0.39% and 76%; PABAK = 0.53, respectively). The concordance between the external radiologists was fair (81%; PABAK = 0.62). With regard to typical CXR findings for pCAP, chance corrected interrater agreement was highest for pleural effusions, infiltrates, and consolidations and lowest for interstitial patterns and peribronchial thickening. Our data show a poor interobserver agreement in the CXR‐based diagnosis of pCAP and emphasized the need for harmonized interpretation standards. KW - antibiotic therapy KW - imaging KW - infections: pneumonia KW - TB KW - viral Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-244705 VL - 56 IS - 8 SP - 2676 EP - 2685 ER - TY - JOUR A1 - Peters, Simon A1 - Kaiser, Lena A1 - Fink, Julian A1 - Schumacher, Fabian A1 - Perschin, Veronika A1 - Schlegel, Jan A1 - Sauer, Markus A1 - Stigloher, Christian A1 - Kleuser, Burkhard A1 - Seibel, Juergen A1 - Schubert-Unkmeir, Alexandra T1 - Click-correlative light and electron microscopy (click-AT-CLEM) for imaging and tracking azido-functionalized sphingolipids in bacteria JF - Scientific Reports N2 - Sphingolipids, including ceramides, are a diverse group of structurally related lipids composed of a sphingoid base backbone coupled to a fatty acid side chain and modified terminal hydroxyl group. Recently, it has been shown that sphingolipids show antimicrobial activity against a broad range of pathogenic microorganisms. The antimicrobial mechanism, however, remains so far elusive. Here, we introduce 'click-AT-CLEM', a labeling technique for correlated light and electron microscopy (CLEM) based on the super-resolution array tomography (srAT) approach and bio-orthogonal click chemistry for imaging of azido-tagged sphingolipids to directly visualize their interaction with the model Gram-negative bacterium Neisseria meningitidis at subcellular level. We observed ultrastructural damage of bacteria and disruption of the bacterial outer membrane induced by two azido-modified sphingolipids by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Click-AT-CLEM imaging and mass spectrometry clearly revealed efficient incorporation of azido-tagged sphingolipids into the outer membrane of Gram-negative bacteria as underlying cause of their antimicrobial activity. KW - antimicrobials KW - biological techniques KW - imaging KW - microbiology KW - microbiology techniques KW - microscopy Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-259147 VL - 11 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Li, Kunkun A1 - Prada, Juan A1 - Damineli, Daniel S. C. A1 - Liese, Anja A1 - Romeis, Tina A1 - Dandekar, Thomas A1 - Feijó, José A. A1 - Hedrich, Rainer A1 - Konrad, Kai Robert T1 - An optimized genetically encoded dual reporter for simultaneous ratio imaging of Ca\(^{2+}\) and H\(^{+}\) reveals new insights into ion signaling in plants JF - New Phytologist N2 - Whereas the role of calcium ions (Ca\(^{2+}\)) in plant signaling is well studied, the physiological significance of pH‐changes remains largely undefined. Here we developed CapHensor, an optimized dual‐reporter for simultaneous Ca\(^{2+}\) and pH ratio‐imaging and studied signaling events in pollen tubes (PTs), guard cells (GCs), and mesophyll cells (MCs). Monitoring spatio‐temporal relationships between membrane voltage, Ca\(^{2+}\)‐ and pH‐dynamics revealed interconnections previously not described. In tobacco PTs, we demonstrated Ca\(^{2+}\)‐dynamics lag behind pH‐dynamics during oscillatory growth, and pH correlates more with growth than Ca\(^{2+}\). In GCs, we demonstrated abscisic acid (ABA) to initiate stomatal closure via rapid cytosolic alkalization followed by Ca2+ elevation. Preventing the alkalization blocked GC ABA‐responses and even opened stomata in the presence of ABA, disclosing an important pH‐dependent GC signaling node. In MCs, a flg22‐induced membrane depolarization preceded Ca2+‐increases and cytosolic acidification by c. 2 min, suggesting a Ca\(^{2+}\)/pH‐independent early pathogen signaling step. Imaging Ca2+ and pH resolved similar cytosol and nuclear signals and demonstrated flg22, but not ABA and hydrogen peroxide to initiate rapid membrane voltage‐, Ca\(^{2+}\)‐ and pH‐responses. We propose close interrelation in Ca\(^{2+}\)‐ and pH‐signaling that is cell type‐ and stimulus‐specific and the pH having crucial roles in regulating PT growth and stomata movement. KW - abscisic acid (ABA) KW - calcium KW - flg22 KW - guard cells KW - imaging KW - ion signaling KW - pH KW - pollen tube Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239847 VL - 230 IS - 6 SP - 2292 EP - 2310 ER - TY - JOUR A1 - Roelofs, Freek A1 - Blackburn, Lindy A1 - Lindahl, Greg A1 - Doeleman, Sheperd S. A1 - Johnson, Michael D. A1 - Arras, Philipp A1 - Chatterjee, Koushik A1 - Emami, Razieh A1 - Fromm, Christian A1 - Fuentes, Antonio A1 - Knollmüller, Jakob A1 - Kosogorov, Nikita A1 - Müller, Hendrik A1 - Patel, Nimesh A1 - Raymond, Alexander A1 - Tiede, Paul A1 - Traianou, Efthalia A1 - Vega, Justin T1 - The ngEHT analysis challenges JF - Galaxies N2 - The next-generation Event Horizon Telescope (ngEHT) will be a significant enhancement of the Event Horizon Telescope (EHT) array, with ∼10 new antennas and instrumental upgrades of existing antennas. The increased uv-coverage, sensitivity, and frequency coverage allow a wide range of new science opportunities to be explored. The ngEHT Analysis Challenges have been launched to inform the development of the ngEHT array design, science objectives, and analysis pathways. For each challenge, synthetic EHT and ngEHT datasets are generated from theoretical source models and released to the challenge participants, who analyze the datasets using image reconstruction and other methods. The submitted analysis results are evaluated with quantitative metrics. In this work, we report on the first two ngEHT Analysis Challenges. These have focused on static and dynamical models of M87* and Sgr A* and shown that high-quality movies of the extended jet structure of M87* and near-horizon hourly timescale variability of Sgr A* can be reconstructed by the reference ngEHT array in realistic observing conditions using current analysis algorithms. We identify areas where there is still room for improvement of these algorithms and analysis strategies. Other science cases and arrays will be explored in future challenges. KW - very long baseline interferometry KW - black holes KW - active galactic nuclei KW - radio astronomy KW - imaging KW - instrument design KW - telescopes KW - algorithms KW - data analysis Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-304976 SN - 2075-4434 VL - 11 IS - 1 ER -