TY  - THES
A1  - Zürl, Julian Klaus
T1  - Die Rolle der Calcium-Calmodulinkinase II\(_δ\) bei der Desfluran-induzierten Kardioprotektion gegen den Ischämie/Reperfusionsschaden
T1  - Role of Calcium-Calmodulinkinase II\(_δ\) in cardioprotection against the ischemia/reperfusion injury
N2  - Anästhetika-induzierte Präkonditionierung (APC) mit Desfluran vermittelt einen endogenen Schutzmechanismus gegen den Ischämie/Reperfusionsschaden im Tiermodell mit männlichen C57BL/6 Mäusen. Die Calcium-Calmodulinkinase IIδ (CamKIIδ) spielt eine zentrale Rolle im intrazellulären Calciumhaushalt und beim Ischämie/Reperfusionsschaden.
Ein Ergebnis dieser Studie zeigt, dass eine Desfluran-vermittelte Reduktion der Herzinfarktgröße in Wildtyptieren, nicht aber in Mäusen mit homozygotem genetischen Knock-Out (KO) der CaMKIIδ stattfindet. Weiterhin wird gezeigt, dass der CaMKIIδ KO die Expression von Phospholamban (PLB) und die Phosphorylierung von PLB an der Aminosäurestelle Serin 16 im Vergleich zum Wildtyp mehr als verdoppelt, ermittelt via Western-Immunoblotting. Darüber hinaus wird gezeigt, dass die Expression des β1 –Adrenorezeptors (AR) in Tieren mit homo- und heterozygotem CaMKIIδ KO im Vergleich zum Wildtyp signifikant erhöht ist. APC mit Desfluran hebt diese erhöhte β1 –AR Konzentrationen im homozygoten, aber nicht im heterozygoten KO auf. Dies zeigt, dass sich die β1 –AR Expression entsprechend der CaMKIIδ Verfügbarkeit adaptiert, dieser Effekt aber durch APC unterbunden werden kann.
N2  - Anesthetic-induced preconditioning (APC) with desfluran mediates an endogenous protection against the ischemia/reperfusion injury in the animal model with male C57BL/6 mice. The Calcium-Calmodulinkinase IIδ (CamKIIδ) plays a key role in intracellular calcium metabolism and in ischemia/reperfusion injury.
A result of the study shows that a reduction of myocardial infarction by desfluran-induced preconditioning is achieved in wildtyp mice, but not in mice with homocygous CaMKIIδ genetic knock-out (KO). Furthermore the expression of phospholamban (PLB) and phosphorylation of PLB at amino acid serine 16 in mice with CaMKIIδ KO is twice the level of wildtype mice measured by western-immunoblotting. Moreover the expression of β1 –adrenoreceptor (AR) is significantly higher in homo- and heterozygous mice than in wildtype mice. APC with desfluran eliminates the higher β1 –AR concentration in homocygous but not in heterocygous KO mice. This means that the β1 –AR expression depends on the CaMKIIδ availibility, this effect is cancelled by APC with desfluran.
KW  - Myokardprotektion
KW  - Präkonditionierung
KW  - Anästhesie
KW  - Ischämie
KW  - Ischämie/Reperfusionsschaden
KW  - Volatile Anästhetika
KW  - Kardioprotektion
KW  - Calcium-Calmodulinkinase II
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-185298
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zölch, Michael Ludwig
T1  - Effekt der Interleukin-1 Rezeptor-assoziierten Kinase 2 (IRAK2)-Mutation N333D auf den Signalweg von TLR4
T1  - The effect of interleukin-1 receptor-associated kinase 2 (IRAK2)-mutation N333D on the signal transduction of TLR4
N2  - IRAK2 besitzt eine Schlüsselrolle im Signalweg des TLR4. Fehlregulationen dieses Signalwegs führen zu fehlgeleiteten Immunreaktionen, die auch die Entstehung und Progression von Krebserkrankungen fördern. Bevor IRAK2 als therapeutisches Ziel in Frage kommen kann, muss erst noch weitere Klarheit über die grundsätzliche Funktionsweise dieses Proteins bestehen. So ist für IRAK2 aufgrund der Substitution einer Aminosäure in der Kinase-Domäne im Vergleich zu IRAK1 noch nicht abschließend geklärt, ob es sich um eine aktive Kinase oder eine Pseudokinase handelt und ob diese Veränderung eine Erhöhung oder eine Erniedrigung der Funktion im TLR4-Signalweg nach sich zieht.
Um diese Fragen anzugehen, wurde in dieser Arbeit Asparagin im vermeintlich aktiven Zentrum (Aminosäure 333) wieder zur Asparaginsäure [N333D] revertiert und damit versucht die Phosphorylierungsaktivität zu steigern bzw. vergleichbar zu IRAK1 wiederherzustellen. Das Einbringen der Mutation in IRAK2 erfolgte mittels ortsspezifischer Mutagenese. Mit dieser und anderen Mutanten und mit wildtypischem IRAK2 wurden durch die CRISPR/Cas9-Methode generierte IRAK2-defiziente 264.7 Makrophagen rekonstituiert und damit ein System etabliert, mit dem der Einfluss der Mutation auf den Signalweg des TLR4 nach Stimulation mit LPS quantitativ analysiert werden konnte. Sowohl die indirekte NF-κB-Messung über CD40-Expression als auch die direkte NF-κB-Messung über die NF-κB-getriebene Expression eines Reportergens (cyan fluorescent protein) ergab, dass IRAK2[N333D] die LPS-abhängige NF-κB-Aktivierung über den TLR4 Signalweg schlechter ermöglicht als IRAK2.
Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die in der Entwicklungsgeschichte aufgetretene Veränderung des aktiven Zentrums von IRAK2 im Vergleich zu IRAK1 zu einer besseren Aktivierung der MyD88-abhängigen NF-κB-Aktivität führte und somit eine erhöhte und länger anhaltende Signalleitung ermöglichte. Diese Erkenntnis kann als weiterer Schritt hin zu einem besseren Verständnis der Funktion des IRAK2-Proteins und zu einer möglichen zukünftigen Verwendung von IRAK2 als Ziel therapeutischer Behandlungen gesehen werden.
N2  - Toll-like receptors are fundamental for many immune cells. The protein IRAK2 plays a key role in the signaling pathway downstream of TLR4 and other TLRs. Due to a change at amino acid position 333 of the protein from aspartate (D) to asparagine (N) in the presumed active center of the kinase it is unclear if IRAK2 is an active kinase. 
In this research the mutation IRAK2-N333D was investigated thereby trying to reconstitute the evolutionarily original version of the protein. Interestingly, overexpression of IRAK2-N333D in IRAK2-deficient RAW 264.7 cells obtained by using the CRISPR/Cas9-system was less effective in activating LPS-induced CD40 expression and NF-κB activity as compared to wild type IRAK2. 
Our results suggest that the evolutionary alteration in the "catalytic center" of IRAK2 led to improved signal transduction thereby allowing longer-lasting activation of the cells. This knowledge might help to better target IRAK2 in therapies.
KW  - Toll-like-Rezeptoren
KW  - CRISPR/Cas-Methode
KW  - Immunbiologie
KW  - IRAK2-Mutation N333D
KW  - IRAK2-defiziente Zellen
KW  - Toll-like Rezeptor 4
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180678
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TY  - THES
A1  - Zurek, Anne-Christine
T1  - „Die Rezeptsammlung Freywillig aufgesprungener Granat-Apffel … (3. Aufl. 1699) der Eleonora Maria Rosalia, Herzogin zu Troppau und Jägerndorf (1647-1703). Eine medizinisch-pharmakologische und medizinhistorische Analyse“
T1  - The recipe-collection „Freywillig aufgesprungener Granat-Apffel … (3rd edition 1699) by Eleonora Maria Rosaia, dutchess of Troppau and Jaegerndorff (1647-1703). A medical-pharmacological and medical-historical analysis
N2  - Die Rezeptsammlung "Freywillig auffgesprungener Granat-Apffel des Christlichen Samaritans" wurde erstmals 1695 in Wien publiziert. Verfasserin dieses in über zwanzig Auflagen erschienenen Werkes ist die Fürstin Eleonora Maria Rosalia von Eggenberg (1647–1703), geborene Fürstin von Liechtenstein und seinerzeitige Herzogin zu Troppau und Jaegerndorff. Mit der vorliegenden Arbeit wurde das medizinische Werk der Eleonora von Eggenberg systematisch erfasst und mit modernem Wissen verglichen.
N2  - The recipe-collection "Freywillig-auffgesprungener Granat-Apffel des Christlichen Samaritans" was first published 1695 in Wien. Editor of this in over twenty runs published book, was princess Eleonora Maria Rosalia von Eggenberg (1647–1703), born princess of Liechtenstein, dutchess of Troppau and Jaegerndorff. The present dissertation systemise the medical work of Eleonora von Eggenberg and compares it with modern knowledge.
KW  - Eleonora Maria Rosalia
KW  - Granat-Apffel
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-186181
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TY  - THES
A1  - Zundler, Matthias
T1  - Einfluss der Phosphoglykolat-Phosphatase auf den Metabolismus von Signal-, Membran- und Speicherlipiden in murinen Embryonen und Lymphozyten
T1  - Role of phosphoglycolate phosphatase in the metabolism of signaling, membrane and storage lipids in murine embryos and lymphocytes
N2  - Die Phosphoglykolat-Phosphatase PGP (früher auch als AUM bezeichnet) wurde in unserem Labor als Mitglied der HAD-Typ-Phosphatasen identifiziert. Die genetische Inaktivierung des Enzyms im gesamten Mausorganismus führt ab E8.5 zu einer Wachstumsverzögerung muriner Embryonen und bis E12.5 schließlich zu deren Tod. Im Gegensatz dazu sind Mäuse mit einer PGP-Inaktivierung in hämatopoetischen Zellen und im Endothel lebensfähig und phänotypisch unauffällig. Neue Erkenntnisse schreiben dem Enzym neben einer Aktivität gegenüber Phosphoglykolat auch Aktivitäten gegenüber Glycerin-3-phosphat (G3P), P-Erythronat und P-Lactat zu. Da diese Phosphatase-Aktivitäten Auswirkungen auf den Lipidstoffwechsel nahelegen, wurde in der vorliegenden Arbeit mittels massenspektrometrischer Methoden der Einfluss der Phosphoglykolat-Phosphatase auf den Metabolismus von Signal-, Membran- und Speicherlipiden in murinen Embryonen und Lymphozyten untersucht.
Nach Inaktivierung der PGP im gesamten Organismus wurden in E8.5-Embryonen erhöhte Diacylglycerin (DG)-, Triacylglycerin (TG)- und Sphingomyelin (SM)-Spiegel gemessen, während niedrigere Phosphatidylcholin (PC)-Level vorlagen.
In PGP-inaktivierten Lymphozyten waren G3P-, DG-, TG-, PC- und SM-Level nicht verändert. Dafür kam es zu signifikanten Erhöhungen der Phosphatidylglycerol (PG*)- und Cardiolipin (CL)-Spiegel.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die PGP in unterschiedlichen Geweben differenzielle Effekte auf die Spiegel verschiedener Lipide hat. Dies deckt neue Funktionen der PGP für die Regulation des Lipidmetabolismus auf. Die vorliegende Arbeit stellt somit die Grundlage für weitere Untersuchungen über die genauen Ursachen und Folgen dieser Regulation dar und lässt auf eine wichtige Rolle der PGP als metabolische Phosphatase im Organismus schließen.
N2  - Our laboratory has previously identified the mammalian phosphoglycolate phosphatase PGP (also referred to as AUM) as a member of the HAD-type superfamily of hydrolases. Whole-body PGP inactivation led to an intrauterine growth defect with developmental delay after E8.5, resulting in a gradual deterioration and death of PgpD34N/D34N embryos until E12.5.
In contrast, mice with a deficiency of PGP activity in endothelial and hematopoietic cells were viable and phenotypically normal.
Recent findings demonstrate catalytic activities of the PGP towards phosphoglycolate, glycerol-3-phosphate (G3P), P-erythronate and P-lactate. Since these catalytic activities suggest implications for the lipid metabolism, this thesis examined the PGP-dependent formation of signal-, membrane- and storage lipids in E8.5 embryos and adult lymphocytes of mice by means of mass spectrometry.
Following whole-body inactivation of PGP increased diacylglycerol (DG)-, triacylglycerol (TG)- and sphingomyeline (SM)-levels were detected in E8.5 embryos, whereas lower phosphatidylcholine (PC)-levels were present.
In PGP-deficient lymphocytes G3P-, DG-, TG-, PC- and SM-level were unaltered. However, levels of phosphatidylglycerol (PG*) and cardiolipine (CL) were significantly increased.
Taken together this thesis reveals new and tissue-dependent functions of PGP in the regulation of the lipid metabolism and indicates an important role of PGP as a metabolic phosphatase. It constitutes the basis for further studies on the exact roots and the physiological effects of the metabolic regulation by PGP.
KW  - Phosphoglykolatphosphatase
KW  - Glycerinphosphate
KW  - Lipidomics
KW  - Flugzeitmassenspektrometrie
KW  - Phosphoglykolat
KW  - Phosphatase
KW  - Glycerin-3-phosphat
KW  - Lipidom
KW  - Time-of-flight
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-168442
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TY  - THES
A1  - Zugelder, Laurens
T1  - Etablierung eines stabilen induzierbaren Multikassetten-Systems für shRNA-Knockdown-Konstrukte in Myelom Zelllinien und Anwendung zur Analyse des NFκB-Signalwegs
T1  - Establishment of a stable and inducible Multicassette-shRNA-Knockdown System in Myeloma Cell Lines and Adaption to the Evaluation of the NFκB-Pathway in Multiple Myeloms
N2  - Das Multiple Myelom muss trotz stetiger Fortschritte im Hinblick auf die verfügbaren Therapieoptionen und die Krankheitsprognose weiterhin im Wesentlichen als eine unheilbare Erkrankung angesehen werden. Dies kann vor allem auf die große inter- und intraindividuelle Heterogenität des MM zurückgeführt werden, welche die Entwicklung gezielter molekularer Therapiestrategien erheblich erschwert. Hierbei stellen loss-of-function- Experimente, welche die Identifikation einzelner oder mehrerer potenziell therapeutisch relevanter Zielstrukturen durch die (kombinierte) Depletion von Proteinen ermöglichen, eine wichtige Säule dar, für deren Durchführung verschiedene Systeme mit jeweils eigenen Vor- und Nachteilen zur Verfügung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Etablierung eines auf RNA-Interferenz basierenden stabilen und induzierbaren Knockdownsystems durch Elektroporation von MM Zelllinien mit Einzel- und Mehrfach-shRNA-Vektoren abgeschlossen werden. Die Transfektion von tet-Repressor-exprimierenden Zellinien mit einer oder mehreren shRNAExpressionskassetten innerhalb eines Plasmidvektors ermöglicht durch die vollständige Repression der shRNA-Transkription im nicht-induzierten Zustand die Selektion erfolgreich transponierter Zellen ohne Effekt-vermittelte Bias und die Generierung großer Zellmengen für Versuchsreihen in vergleichsweise kurzer Zeit. Die Induktion der verschiedenen in dieser Arbeit evaluierten Einzel- und Mehrfach-shRNA-Konstrukte gegen (Kombinationen von) Zielstrukturen im Ras/MAPK- sowie im NFκB-Signalsystem mittels Doxyzyklin als Induktionsagens zeigte durchweg deutliche und den Erwartungen aus transienten Experimenten entsprechende Knockdownergebnisse. Auch die Resultate hinsichtlich funktioneller Readouts und zellphysiologischer Effekte der induzierten Knockouts stehen im Einklang mit vorangegangenen Experimenten und bestätigen somit die Äquivalenz des stabilen induzierbaren Systems zu transienten Ansätzen auf RNAi-Basis oder zu pharmakologischen Inhibitoren. Der hierbei erzielte hypomorphe Phänotyp innerhalb einer polyklonalen Zellpopulation bildet die Realität einer medikamentösen Blockade einer oder weniger Zielstrukturen einer heterogenen MM Tumorpopulation näherungsweise ab, weshalb das vorgestellte System ein hilfreiches, kosteneffizientes und leicht zu handhabendes Werkzeug für die Identifikation potenziell relevanter Zielstrukturen für molekulare Therapieansätze im Multiplen Myelom darstellt
N2  - Despite steady progress concerning the therapeutic arsenal available to and the improved prognosis for newly diagnosed patients, multiple myeloma still has to be regarded as an incurable malignancy in the overwhelming majority of cases. This is mainly due to the disease’s high grade of inter- and intraindividual heterogeneity, which greatly complicates the development of molecular therapies. Loss-of-function studies, which enable researchers to identify individual or combinations of drug targets with a potential for clinical relevance by correlating the (combined) depletion of proteins with the resulting phenotype, represent an important cornerstone in the process of developing new molecular therapies, for the execution of which a broad variety of systems with their individual advantages and disadvantages is available.
During this thesis project, the establishment of a stable and inducible knockdown system by way of electroporation of myeloma cell lines with single- and multiple-shRNA- expression vectors was successfully completed. Transfecting cell lines which constitutively express the tet-repressor protein with a single plasmid vector carrying one or multiple shRNA expression cassettes allows for the selection of successfully transposed cells without any effect mediated bias and the creation of large amounts of cells for experiments in a comparatively short time, thanks to the full repression of the transcription of the transfected shRNA genes in an un-induced state. Inducing their transcription by adding doxycycline to the cell suspension resulted in strong and specific knockdowns for all single and multiple constructs against different (combinations of) targets in the Ras/MAPK- and the NFκB-pathway which were tested in the experiments shown in this thesis. Results regarding knockdowns, functional readouts and alterations in cellular metabolism mirrored with experiments conducted previously with both transiently expressed shRNAs and pharmacological inhibitors and therefore attest to the universal applicability of the system.
The resulting polyclonal cell population with a hypomorphic phenotype depicts the reality conveyed by a pharmacological inhibition of one or more targets within a heterogenic myeloma tumour rather well and therefore this stable and inducible system represents a useful, economical and easily applicable tool for the identification of potentially relevant targets for the development of new molecular therapies in multiple myeloma.
KW  - Plasmozytom
KW  - Multiples Myelom
KW  - shRNA
KW  - reverse genetics
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188377
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TY  - THES
A1  - Zilker, Markus
T1  - The stability of finished pharmaceutical products and drug substances beyond their labeled expiry dates
T1  - Die Stabilität von Fertigarzneimitteln und Wirkstoffen nach Ablauf des Verfalldatums
N2  - Upon approval of a drug, the stability of the API and the FPP has to be studied intensively because it determines the shelf-life. If a drug is found to be stable, the expiry date is arbitrary set to five years at the maximum, if a drug tends to undergo degradation, the expiry date is set shorter. The drug product must comply with predefined specifications in accordance with the ICH guidelines Q6A and Q6B during its entire market life. The content of the active substance is required to be within a specification of 95–105% of its labeled claim until expiry corresponding to the ICH guideline Q1A(R2). However, there is little or scattered literature information addressing the stability of drug products beyond their expiry dates. The objective of this thesis was to study and assess the long-term stability of a collection involving numerous pure drug substances and ampoules manufactured in the 20th century. The content and the impurity profile were examined by means of appropriate analytical methods, mainly using liquid chromatography. The results were compared to data being available in the literature. Assessing the stability regarding the dosage form and the affiliation of the drug class was conducted. 
The experimental studies comprise the examination of 50 drug substances manufactured 20–30 years ago and 14 long expired ampoules which were older than 40 years in the time of analysis, exceeding many times the maximum shelf life of five years. 
For investigation of the solid drug substances, pharmacopoeial methods were applied as far as possible. Indeed, results of the study showed that 44 tested substances still complied with the specification of the Ph. Eur. with regard to the content and impurity profile, even after more than two decades of storage.
For analysis of the injection solutions, HPLC-UV and HPLC-ESI/MS techniques were applied, commonly based on liquid chromatography methods of the Ph. Eur. for determination of related substances. Each method was further validated for its application to ensure accurate API quantification corresponding to ICH Q2(R1). Quite a few ampoules were identified to show surprisingly high stability. In spite of their age of 53–72 years, APIs such as caffeine, etilefrine, synephrine, metamizole sodium, furosemide, and sodium salicylate complied with the specified content that is valid nowadays, respectively. Nevertheless, typical degradation reaction, e.g. hydrolysis, oxidation, or isomerization, was observed in all remaining ampoules. Various degrees of hydrolysis were revealed for scopolamine, procaine, and adenosine triphosphate, the contents were decreased to 71%, 70%, and 15% of the declared concentrations, respectively. In the epinephrine and dipyridamole ampoules, oxidative degradation has been occurred, finding respective API contents of more or less 70%. For dihydroergotamine, excessive decomposition by epimerization was observed, resulting in an API content of 21% and degradation by isomerization was found in lobeline, still containing 64% of the labeled claim. 
In conclusion, supported by the data of the present studies and the literature, defining and authorizing a longer shelf-life may be applicable to numerous pharmaceuticals which should be considered by pharmaceutical manufacturers and regulatory authorities, if justified based on stability studies. A general extension of the shelf-lives of drug products and the abolishment or extension of the maximum shelf-life limit of five years would prevent disposing of still potent medications and save a lot of money to the entire health care system.
N2  - Bei der Zulassung eines Arzneimittels muss die Stabilität sowohl des Wirkstoffes als auch des Fertigarzneimittels umfassend untersucht werden, da dies für die Festlegung der Haltbarkeit wesentlich ist. Wenn sich herausstellt, dass ein Arzneimittel stabil ist, wird das Verfallsdatum auf höchstens fünf Jahre festgelegt. Neigt ein Arzneimittel zum Abbau, so wird ein kürzeres Verfallsdatum gewählt. Das Arzneimittel muss innerhalb der Haltbarkeitsfrist definierten Spezifikationen entsprechen, welche in den ICH-Richtlinien Q6A und Q6B festgelegt sind. Dabei muss insbesondere der Wirkstoff-Gehalt des Arzneimittels gemäß der ICH-Richtlinie Q1A(R2) innerhalb der Spezifikation von 95–105 % der deklarierten Konzentration liegen. In der Literatur gibt es jedoch wenige Informationen darüber, wie stabil Arzneimittel lange nach Ablauf des Verfallsdatums sind. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Stabilität zahlreicher Feststoffe und Ampullen, die aus einer Altarzneimittel-Sammlung stammten und während des 20. Jahrhunderts hergestellt wurden, zu untersuchen und zu bewerten. Der Gehalt und das Verunreinigungsprofil wurden mittels geeigneter instrumenteller Analyseverfahren bestimmt, wobei hauptsächlich flüssigchromatographische Methoden zur Anwendung kamen. Die Untersuchungsergebnisse wurden mit Literaturdaten verglichen und es wurde eine Beurteilung der Stabilität in Abhängigkeit von der Darreichungsform und der Zugehörigkeit zu einer Arzneistoffklasse vorgenommen.
Die experimentellen Studien umfassten die Untersuchung von 50 Feststoffen, die vor 20 bis 30 Jahren hergestellt worden waren, und 14 Alt-Ampullen, die ein Alter von mindestens 40 Jahre aufwiesen und damit die maximale Haltbarkeit von fünf Jahren um ein Vielfaches überschritten hatten. 
Zur Untersuchung der Feststoffe wurden meist Arzneibuchmethoden verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass 44 geprüfte Substanzen auch nach mehr als zwei Jahrzehnten hinsichtlich ihres Gehalts und Verunreinigungsprofils den jeweiligen Spezifikationen des Europäischen Arzneibuchs entsprachen. 
Zur Analyse der Alt Ampullen wurden HPLC-UV- und HPLC-ESI/MS-Techniken eingesetzt. Diese basierten häufig auf Arzneibuch-Methoden zur Prüfung auf verwandte Substanzen. Für die Gehaltsbestimmungen wurden entsprechend der ICH-Richtlinie Q2(R1) die erforderlichen Parameter validiert. Einige Ampullen zeigten eine überraschend hohe Stabilität des Wirkstoffs, trotz ihres Alters von 53 bis 72 Jahren. Dabei entsprachen die Wirkstoffe Koffein, Etilefrin, Synephrin, Metamizol Natrium, Furosemid und Natriumsalicylat dem heute gültigen Spezifikationsbereich von 95–105 %. Nichtsdestoweniger wurden bei einigen Ampullen typische Abbaureaktionen wie Hydrolyse, Oxidation oder Isomerisierung festgestellt. Die Hydrolyse der Arzneistoffe Scopolamin, Procain und Adenosintriphosphat führte zu verringerten Gehalten von 71 %, 70 % bzw. 15 % der jeweiligen gekennzeichneten Wirkstoffkonzentration. Die Epinephrin- und Dipyridamol-Injektionslösungen waren von oxidativem Abbau betroffen. Der Wirkstoffgehalt dieser Ampullen lag jeweils bei ca. 70 %. In der Dihydroergotamin Ampulle trat eine massive Epimerisierung auf, wobei ein Gehalt von 21 % bestimmt wurde. Aufgrund der Isomerisierung des Arzneistoffes Lobelin reduzierte sich der Wirkstoffgehalt auf 64 %.
Als Schlussfolgerung der experimentellen Studien und der verfügbaren Daten aus der Literatur sollten die pharmazeutischen Unternehmer und die Aufsichtsbehörden erwägen, die Haltbarkeitsdauer für zahlreiche Arzneimittel zu verlängern, wenn dies basierend auf Stabilitätsuntersuchungen gerechtfertigt ist. Eine generelle Ausweitung der Verwendbarkeit von Arzneimitteln sowie die Abschaffung oder Erweiterung der maximalen Haltbarkeitsdauer von fünf Jahren würde die Entsorgung noch wirksamer Medikamente verhindern und dem Gesundheitssystem viel Geld einsparen.
KW  - Stabilität
KW  - Fertigarzneimittel
KW  - Wirkstoff
KW  - Chromatographie
KW  - Chemical stability
KW  - Shelf-life
KW  - Expiry date
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180695
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TY  - THES
A1  - Zaum, Ann-Kathrin
T1  - Erweiterte Diagnostik bei neuromuskulären Erkrankungen: vom Genpanel zum Whole Genome Sequencing
T1  - Extended diagnostics in neuromuscular disease: from gene panel to whole genome sequencing
N2  - Muskeln und Nerven bilden eine essentielle funktionelle Einheit für den Bewegungsapparat. Neuromuskuläre Erkrankungen lassen sich unterteilen in Krankheiten, denen ein muskuläres Problem zu Grunde liegt, wie zum Beispiel Muskeldystrophien (Muskeldystrophie Duchenne, DMD) und Myopathien (Myofibrilläre Myopathie, MFM), und in Erkrankungen aufgrund von Nervenschädigungen, wie zum Beispiel Neuropathien und spastische Paraplegien (SPG).
In den vier Teilen der vorliegenden Arbeit konnte sowohl das genetische wie auch das phänotypische Spektrum von neuromuskulären Krankheiten erweitert werden. Die dafür verwendeten Methoden reichen von der Sanger-Sequenzierung einzelner Gene über Next-Generation Sequencing (NGS)-Panel-Diagnostik, zu Whole Exome Sequencing (WES) und schließlich zu Whole Genome Sequencing (WGS). Zusätzlich wurde cDNA zur Detektion von Veränderungen im Transkriptom sequenziert.
Im ersten Teil wurde der klinische Phänotyp der Seipinopathien erweitert, der jetzt auch amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und multifokale motorische Neuropathie (MMN) beinhaltet. Dafür wurde eine Panel-Analyse durchgeführt, die eine bekannte Mutation in BSCL2 aufdeckte. Aufgrund des hiermit erweiterten Phänotyps der Seipinopathien sollten Mutationen in BSCL2 auch bei anderen Verdachtsdiagnosen, wie ALS oder MMN, berücksichtigt werden. Außerdem wurde gezeigt, dass in der Diagnostik SPGs und Charcot-Marie-Tooth Erkrankungen (CMTs) eine Überlappung zeigen und bei der Diagnose von Verdachtsfällen Gene aus beiden Krankheitsbereichen berücksichtigt werden sollten. Die Suche mit Hilfe eines Phänotyp-Filters hat sich dabei als erfolgreich erwiesen. Ungelöste Fälle sollten aber in regelmäßigen Abständen neu analysiert werden, da immer neue Gene mit den Phänotypen assoziiert werden. 
Der zweite Teil befasst sich mit der Untersuchung von DMD-Patienten mit bisher ungeklärtem Genotyp. Durch eine RNA-Analyse des gesamten DMD-Transkripts wurden tief-intronische Mutationen aufgedeckt, die Einfluss auf das Spleißen haben. Durch diese Mutationen wurden intronische Sequenzen als Pseudoexons in die mRNA eingefügt. Diese Mutationsart scheint häufig unter ungeklärten DMD-Fällen zu sein, in unserer Kohorte von 5 DMD-Patienten wurden in zwei Fällen Pseudoexons entdeckt. Eine Besonderheit besteht darin, dass in der RNA-Analyse immer noch ein Rest Wildtyp-Transkript vorhanden war, wodurch die Patienten vermutlich einen milderen Becker-Phänotyp aufweisen. Ein weiterer ungeklärter DMD-Fall konnte durch die Sequenzierung der gesamten genomischen Sequenz aufgeklärt werden. Es wurde eine perizentrische Inversion entdeckt (46,Y,inv(X)(p21.1q13.3). Dies zeigt, dass WGS auch zur Detektion von großen Strukturvariationen geeignet ist.
Im dritten Teil wurden Spleißmutationen untersucht. Spleißmutationen wurden bisher nicht in TMEM5-assoziierter alpha-Dystroglykanopathie beschrieben und somit als neue Mutationsart für diese Erkrankung nachgewiesen. Dabei wurde auch die funktionelle Exostosin-Domäne in TMEM5 bestätigt. Eine RNA-Untersuchung verschiedener Spleißmutationen zeigte, dass Spleißmutationen häufig zu einem veränderten Transkript führen, auch wenn diese Mutationen weiter von der Konsensussequenz entfernt sind. Spleißmutation sollten daher häufiger in der Diagnostik berücksichtig und überprüft werden.
Im letzten Teil wurde eine strukturierte Diagnostik von MFM-Patienten beschrieben und neue Kandidaten-Gene für MFM vorgestellt. Es ist zu vermuten, dass auch Mutationen in Genen, die bisher für Kardiomyopathien, Kollagen Typ VI-Myopathien und Neuropathien beschrieben sind, einen MFM-Phänotyp verursachen können. Diese Ergebnisse erweitern das genetische Spektrum der MFM, was sich auf die Diagnostik dieser Erkrankungen auswirken sollte.
Im Laufe dieser Arbeit konnten damit die neuromuskulären Erkrankungen vieler Patienten genetisch geklärt werden. Neue Phänotypen und genetische Ursachen wurden beschrieben und es wurde gezeigt, dass sich WGS technisch für die Diagnostik, auch zur Detektion von großen Strukturvarianten, eignet.
N2  - Muscles and nerves form an essential functional unit for the locomotor system. Neuromuscular disorders are divided in diseases that have a muscular origin, such as muscular dystrophies (Duchenne muscular dystrophy, DMD) and myopathies (myofibrillar myopathies, MFM) and diseases based on neuron denervation, for instance neuropathies and spastic paraplegias (SPG).
The four parts of the present work expand the genetic and phenotypic spectrum of neuromuscular disorders. The used methods range from Sanger sequencing of single genes to panel next-generation sequencing (NGS) diagnostics, whole exome sequencing (WES) and finally to whole genome sequencing (WGS). Additionally, cDNA was sequenced to detect transcriptome changes.
In the first part, the clinical phenotype of seipinopathies has been expanded to include amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and multifocal motor neuropathy (MMN). An NGS panel was sequenced in three patients suffering from ALS, MMN and neuropathy. A known mutation in BSCL2 was detected which expands the phenotype of seipinopathies. Therefore, mutations in BSCL2 should be considered in patients with diagnosis such as ALS and MMN. Moreover, it was demonstrated that SPGs and Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) show a genetic overlap and genes of both diseases should be considered in genetic analysis. The use of a phenotype filter for variant analysis was successful. However, unsolved cases should be re-analysed in intervals, as new genes are frequently connected to phenotypes.
The second part concerns DMD patients with unresolved genotype. RNA-analysis of the whole DMD transcripts revealed deep-intronic variants that influence splicing and insert intronic sequences as pseudoexons in the mRNA. This kind of mutation appears to be common, as two of our five analysed patients had pseudoexons. What is particular about these cases is the fact that a rest of wild type DMD transcript remained, which possibly contributes to a milder Becker phenotype in the patients. In another unsolved DMD case WGS was performed and a pericentric inversion including DMD was discovered (46,Y,inv(X)(p21.1q13.3), which demonstrates that WGS is capable of detecting large structural anomalies. 
In the third part splice mutations were analysed. Splice mutations were unknown for TMEM5-related alpha-dystroglycanopathy and are now a new kind of mutation in this disease. At the same time the functional exostosin domain in TMEM5 was confirmed. RNA analysis of further splice mutations showed a frequent influence on splicing even if the mutation was far from the canonical splice site. Therefore, splice mutations should be verified and considered in diagnostics more often.
The last part describes a structured approach when diagnosing MFM patients and introduces new candidate genes for MFM. It appears that mutations in genes formerly associated with cardiomyopathies, collagen type VI-related myopathies and neuropathies can cause an MFM phenotype. These results expand the genetic spectrum of MFM which should be considered in diagnostics.
In the course of this dissertation the neuromuscular diseases of many patients could be solved genetically. New phenotypes and genotypes were described and it was proven that WGS is technically suitable for genetic diagnostic, even for the detection of large structural variants.
KW  - Neuromuskuläre Krankheit
KW  - Mensch
KW  - Next-Generation Sequencing
KW  - Neuromuskuläre Erkrankungen
KW  - Molekulargenetik
KW  - Humangenetik
KW  - Human genetics
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176314
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zapf, Michael
T1  - Oxidische Perovskite mit Hoher Massenzahl Z: Dünnfilmdeposition und Spektroskopische Untersuchungen
T1  - High-Z Perovskite Oxides: Thin Film Deposition and Spectroscopic Investigations
N2  - Perovskite oxides are a very versatile material class with a large variety of outstanding physical properties.
A subgroup of these compounds particularly tempting to investigate are oxides involving high-\(Z\) elements, where spin-orbit coupling is expected to give rise to new intriguing phases and potential application-relevant functionalities. This thesis deals with the preparation and characterization of two representatives of high-\(Z\) oxide sample systems based on KTaO\(_3\) and BaBiO\(_3\).
KTaO\(_3\) is a band insulator with an electronic valence configuration of Ta 5\(d\)\(^0\) . It is shown that by pulsed laser deposition of a disordered LaAlO\(_3\) film on the KTaO\(_3\)(001) surface, through the creation of oxygen vacancies, a Ta 5\(d\)\(^{0+\(\delta\)}\) state is obtained in the upmost crystal layers of the substrate. In consequence a quasi two dimensional electron system (q2DES) with large spin-orbit coupling emerges at the heterointerface. Measurements of the Hall effect establish sheet carrier densities in the range of 0.1-1.2 10\(^{14}\) cm\(^2\), which can be controlled by the applied oxygen background pressure during deposition and the LaAlO\(_3\) film thickness. When compared to the prototypical oxide q2DESs based on SrTiO\(_3\) crystals, the investigated system exhibits exceptionally large carrier mobilities of up to 30 cm\(^2\)/Vs (7000 cm\(^2\)/Vs) at room temperature (below 10 K). Through a depth profiling by photoemission spectra of the Ta 4\(f\) core level it is shown that the majority of the Ta 5\(d\)\(^0\) charge carriers, consisting of mobile and localized electrons, is situated within 4 nm from the interface at low temperatures. Furthermore, the momentum-resolved electronic structure of the q2DES \(buried\) underneath the LaAlO\(_3\) film is probed by means of hard X-ray angle-resolved photoelectron spectroscopy. It is inferred that, due to a strong confinement potential of the electrons, the band structure of the system is altered compared to \(n\)-doped bulk KTO. Despite the constraint of the electron movement along one direction, the Fermi surface exhibits a clear three dimensional momentum dependence, which is related to a depth extension of the conduction channels of at least 1 nm.
The second material, BaBiO\(_3\), is a charge-ordered insulator, which has recently been predicted to emerge as a large-gap topological insulator upon \(n\)-doping. This study reports on the thin film growth of pristine BaBiO\(_3\) on Nb:SrTiO\(_3\)(001) substrates by means of pulsed laser deposition. The mechanism is identified that facilitates the development of epitaxial order in the heterostructure despite the presence of an extraordinary large lattice mismatch of 12 %. At the heterointerface, a structurally modified layer of about 1.7 nm thickness is formed that gradually relieves the in-plane strain and serves as the foundation of a relaxed BBO film. The thereupon formed lattice orders laterally in registry with the substrate with the orientation BaBiO\(_3\)(001)||SrTiO\(_3\)(001) by so-called domain matching, where 8 to 9 BaBiO\(_3\) unit cells align with 9 to 10 unit cells of the substrate. Through the optimization of the deposition conditions in regard to the cation stoichiometry and the structural lattice quality, BaBiO\(_3\) thin films with bulk-like electronic properties are obtained, as is inferred from a comparison of valence band spectra with density functional theory calculations. Finally, a spectroscopic survey of BaBiO\(_3\) samples of various thicknesses resolves that a recently discovered film thickness-controlled phase transition in BaBiO\(_3\) thin films can be traced back to the structural and concurrent stoichiometric modifications occuring in the initially formed lattice on top of the SrTiO\(_3\) substrate rather than being purely driven by the smaller spatial extent of the BBO lattice.
N2  - Komplexe Metalloxide mit Perowskitstruktur sind bekannt für ihre große Vielfalt einzigartiger physikalischer Eigenschaften. Eine interessante Untergruppe dieser Materialien sind Verbindungen von Elementen mit hoher Ordnungszahl \(Z\), in denen neue, durch Spin-Bahn Kopplung getriebene Phasen und anwendungsrelevante Funktionalitäten erwartet werden. Diese Arbeit handelt von der Präparation und Charakterisierung zweier Probensysteme, die auf eben solchen Materialien mit hoher \(Z\) basieren.
KTaO\(_3\) ist ein Bandisolator, der im Grundzustand eine Ta 5\(d\)\(^0\) Valenz besitzt. Durch gepulste Laserdeposition von ungeordnetem LaAlO\(_3\) auf der KTaO\(_3\)(001) Oberfläche, werden die obersten Schichten des Substratkristalls durch die Erzeugung von Sauerstofffehlstellen dotiert. Es bildet sich ein quasi zweidimensionales metallisches Elektronensystem (q2DES) an der Grenzfläche der Heterostruktur aus. Messungen des Hall-Effekts ergeben Schichtladungsträgerdichten im Bereich von 0.1-1.2 10\(^{14}\) cm\(^2\), welche durch Anpassung des Sauerstoffhintergrunddrucks während der Deposition bzw. durch die Dicke der abgeschiedenen LaAlO\(_3\) Schicht beeinflusst werden können. Mit Werten von 30 cm\(^2\)/Vs (7000 cm\(^2\)/Vs) bei Raumtemperatur (unter 10 K), besitzt das q2DES in LaAlO\(_3\)/KTaO\(_3\) im Vergleich zu ähnlichen Elektronensystemen in SrTiO\(_3\) bemerkenswert große Ladungsträgerbeweglichkeiten. Aus dem Tiefenprofil des Photoemissionspektrums des Ta 4\(f\) Rumpfniveaus ergibt sich, dass sich der Großteil der Ta 5\(d\) Ladungsträger, bestehend aus mobilen und lokalisierten Elektronen, innerhalb einer Schicht von 4 nm Dicke befindet. Die Vermessung der elektronischen Bandstruktur des vergrabenen q2DES mit Hilfe winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie mit harter Röntgenstrahlung zeigt, dass das Elektronensystem, vermutlich wegen des starken Potentialgradients an der Grenzfläche, eine modifizierte elektronische Struktur gegenüber n-dotiertem Bulk-KTaO\(_3\) aufweist. Trotz der Einschränkung der Bewegung der Elektronen entlang einer Richtung, besitzt die Fermifläche des Systems eine dreidimensionale Struktur, woarus auf eine Tiefenausdehnung der metallischen Zustände von mindestens 1 nm geschlossen werden kann.
Undotiertes BaBiO\(_3\) ist durch die Ausbildung einer Ladungsordnung isolierend. Unter Elektronendotierung gilt das Material als Kandidat für einen oxidischen topologischen Isolator. In dieser Studie wird die Deposition von BaBiO\(_3\) auf Nb:SrTiO\(_3\)(001) Substraten untersucht. Dabei wird der Mechanismus identifiziert, der epitaktisches Wachstum von BaBiO\(_3\), trotz einer Gitterfehlanpassung von 12 %, ermöglicht: Eine 1.7 nm dicke Lage mit abweichender Kristallstruktur an der Grenzfläche entkoppelt das Filmgitter vom Substrat, sodass darüber vollständig relaxiertes BaBiO\(_3\) aufwachsen kann. Dieses weist eine epitaktische Orientierung von BaBiO\(_3\)(001)||SrTiO\(_3\)(001) auf, die durch die Ausbildung von lateralen Gitterdomänen, bei denen 8 bzw. 9 BaBiO\(_3\) auf 9 bzw. 10 SrTiO\(_3\) Einheitszellen ausgerichtet sind, gewährleistet wird. Die Stoichiometrie und die strukturelle Qualität der BaBiO\(_3\) Filme werden durch eine systematische Anpassung der Depositionsbedingungen optimiert. Die Valenzbandstruktur der Proben stimmt gut mit Rechnungen der Dichtefunktionaltheorie überein, was darauf hindeutet, dass die Filme hinsichtlich der elektronischen Eigenschaften mit BaBiO\(_3\) Einkristallen vergleichbar sind. Eine abschließende Untersuchung eines schichtdickenabhängigen Phasenübergangs in BaBiO\(_3\) Dünnfilmen, von dem kürzlich in der Literatur berichtet wurde, belegt, dass dieser nicht allein auf die Ausdehnung des Kristallgitters, sondern auch auf strukturelle und stoichiometrische Modifikationen der untersten Filmlagen zurückzuführen ist.
KW  - Perowskit
KW  - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
KW  - Pulsed laser deposition
KW  - Übergangsmetalloxide
KW  - KTaO3
KW  - BaBiO3
KW  - Oxide Heterostructure
KW  - Interface Conductivity
KW  - oxidische Heterostruktur
KW  - Grenzflächenleitfähigkeit
KW  - Winkelaufgelöste Photoemission mit harten Röntgenstrahlen
KW  - Hard X-ray Angle Resolved Photoemission
KW  - High-Z Oxides
KW  - HARPES
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-185370
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TY  - THES
A1  - Yu, Sung-Huan
T1  - Development and application of computational tools for RNA-Seq based transcriptome annotations
T1  - Entwicklung und Anwendung bioinformatischer Werkzeuge für RNA-Seq-basierte Transkriptom-Annotationen
N2  - In order to understand the regulation of gene expression in organisms, precise genome annotation is essential. In recent years, RNA-Seq has become a potent method for generating and improving genome annotations. However, this Approach is time consuming and often inconsistently performed when done manually. In particular, the discovery of non-coding RNAs benefits strongly from the application of RNA-Seq data but requires significant amounts of expert knowledge and is labor-intensive. As a part of my doctoral study, I developed a modular tool called ANNOgesic that can detect numerous transcribed genomic features, including non-coding RNAs, based on RNA-Seq data in a precise and automatic fashion with a focus on bacterial and achaeal species. The software performs numerous analyses and generates several visualizations. It can generate annotations of high-Resolution that are hard to produce using traditional annotation tools that are based only on genome sequences. ANNOgesic can detect numerous novel genomic Features like UTR-derived small non-coding RNAs for which no other tool has been developed before. ANNOgesic is available under an open source license (ISCL) at https://github.com/Sung-Huan/ANNOgesic.
My doctoral work not only includes the development of ANNOgesic but also its application to annotate the transcriptome of Staphylococcus aureus HG003 - a strain which has been a insightful model in infection biology. Despite its potential as a model, a complete genome sequence and annotations have been lacking for HG003. In order to fill this gap, the annotations of this strain, including sRNAs and their functions, were generated using ANNOgesic by analyzing differential RNA-Seq data from 14 different samples (two media conditions with seven time points), as well as RNA-Seq data generated after transcript fragmentation. ANNOgesic was
also applied to annotate several bacterial and archaeal genomes, and as part of this its high performance was demonstrated. In summary, ANNOgesic is a powerful computational tool for RNA-Seq based annotations and has been successfully applied to several species.
N2  - Exakte Genomannotationen sind essentiell für das Verständnis Genexpressionsregulation in verschiedenen Organismen. In den letzten Jahren entwickelte sich RNA-Seq zu einer äußerst wirksamen Methode, um solche Genomannotationen zu erstellen und zu verbessern. Allerdings ist das Erstellen von Genomannotationen bei manueller Durchführung noch immer ein zeitaufwändiger und inkonsistenter Prozess. Die Verwendung von RNA-Seq-Daten begünstigt besonders die Identifizierung von nichtkodierenden RNAs, was allerdings arbeitsintensiv ist und fundiertes Expertenwissen erfordert. Ein Teil meiner Promotion bestand aus der Entwicklung eines modularen Tools namens ANNOgesic, das basierend auf RNA-Seq-Daten in der Lage ist, eine Vielzahl von Genombestandteilen, einschließlich nicht-kodierender RNAs, automatisch und präzise zu ermitteln. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Anwendbarkeit für bakterielle und archaeale Genome. Die Software führt eine Vielzahl von Analysen durch und stellt die verschiedenen Ergebnisse grafisch dar. Sie generiert hochpräzise Annotationen, die nicht unter Verwendung herkömmlicher Annotations-Tools auf Basis von Genomsequenzen erzeugt werden könnten. Es kann eine Vielzahl neuer Genombestandteile, wie kleine nicht-kodierende RNAs in UTRs, ermitteln, welche von bisherigen Programme nicht vorhergesagt werden können. ANNOgesic ist unter einer Open-Source-Lizenz (ISCL) auf https://github.com/Sung-Huan/ANNOgesic verfügbar.
Meine Forschungsarbeit beinhaltet nicht nur die Entwicklung von ANNOgesic, sondern auch dessen Anwendung um das Transkriptom des Staphylococcus aureus-Stamms HG003 zu annotieren. Dieser ist einem Derivat von S. aureus NCTC8325 - ein Stamm, Dear ein bedeutendes Modell in der Infektionsbiologie darstellt. Zum Beispiel wurde er für die Untersuchung von Antibiotikaresistenzen genutzt, da er anfällig für alle bekannten Antibiotika ist. Der Elternstamm NCTC8325 besitzt zwei Mutationen im regulatorischen Genen (rsbU und tcaR), die Veränderungen der Virulenz zur Folge haben und die in Stamm HG003 auf die Wildtypsequenz zurückmutiert wurden. Dadurch besitzt S. aureus HG003 das vollständige, ursprüngliche Regulationsnetzwerk und stellt deshalb ein besseres Modell zur Untersuchung von sowohl Virulenz als auch Antibiotikaresistenz dar. Trotz seines Modellcharakters fehlten für HG003 bisher eine
vollständige Genomsequenz und deren Annotationen. Um diese Lücke zu schließen habe ich als Teil meiner Promotion mit Hilfe von ANNOgesic Annotationen für diesen Stamm, einschließlich sRNAs und ihrer Funktionen, generiert. Dafür habe ich Differential RNA-Seq-Daten von 14 verschiedenen Proben (zwei Mediumsbedingungen mit sieben Zeitpunkten) sowie RNA-Seq-Daten, die von fragmentierten Transkripten generiert wurden, analysiert. Neben S. aureus HG003 wurde ANNOgesic auf eine Vielzahl von Bakterien- und Archaeengenome angewendet und dabei wurde eine hohe
Performanz demonstriert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass ANNOgesic ein mächtiges bioinformatisches Werkzeug für die RNA-Seq-basierte Annotationen ist und für verschiedene Spezies erfolgreich angewandt wurde.
KW  - RNA-Seq
KW  - Genome Annotation
KW  - small RNA
KW  - Genom
KW  - Annotation
KW  - Small RNA
KW  - Bioinformatik
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176468
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TY  - THES
A1  - Wötzel, Dagmar
T1  - Wirksame Umsetzung strategischer Entscheidungen in profitorientierten Unternehmen
T1  - Adaptive Organizations
N2  - Die Logik der bisher erforschten und beschriebenen Management- und Führungstheorien müssen sich im Zeitalter der Digitalisierung weiterentwickeln. Die ursprüngliche Forschungsfrage nach einer wirksamen Implementierung von strategischen Entscheidungen passt nicht mehr zur Realität von disruptiven Veränderungen in der sogenannten VUCA Welt (Volatile, uncertain, complex, ambiguous). 
Die Arbeit ist mutig und wertvoll, weil sie die Lücke zwischen neuen Entwicklungen in der Praxis und fehlenden umfassenden Theoriekonzepten in den Management-, Führungs- und Organisationswissenschaften offenlegt und zu schließen hilft. 
Der erste Teil der Arbeit fasst die aktuellen Erkenntnisse rund um strategische Entscheidungsfindung in Unternehmen, globale Megatrends als Rahmenbedingung und Change-Management als Umsetzungshilfe zusammen. Die Schlussfolgerung aus dieser holistischen Betrachtung ist, dass die Forschungsfrage rückwärts gerichtet die Realität des 20. Jahrhunderts adressiert und für das Zeitalter der Digitalisierung keine hilfreiche Antwort bietet.
Vielmehr geht es um die weiter entwickelte Forschungsfrage, wie anpassungsfähige Organisationen entwickelt und gepflegt werden können. Solche Organisationen überleben disruptive Veränderungen nicht nur irgendwie, sondern sind so gestaltet, dass sie diese nutzen, um immer wieder neue Antworten auf sich entwickelnde Kundenbedürfnisse und in der internen Organisation zu finden. 
Diese anpassungsfähige oder adaptive Organisation hat fünf wesentliche Dimensionen, die im zentralen Teil der Arbeit beleuchtet werden. Alle Themen entwickeln sich derzeit laufend weiter, so dass es noch keine letztgültige Antwort gibt welche Methoden sich durchsetzen werden. 
Im Sinne eines holistischen Transformationsmanagements gibt das letzte Kapitel Hinweise auf die Herangehensweise, um die eigene Organisation in ihrer Anpassungsfähigkeit weiter zu entwickeln.
Die gründliche Diskussion einer Fülle von konzeptionellen Ansätzen in Verbindung mit einer bemerkenswerten Erfahrung der Autorin erlaubt es, die auftretende Problemstellung profunder anzugehen als bei einer rein akademischen Herangehensweise.
N2  - The logic of researched and described management and leadership theories must evolve in the age of digitalization. The original research question of “implementing strategic decisions in for profit companies efficiently” does not fit the reality of disruptive changes in the VUCA world (volatile, uncertain, complex, ambiguous). 
The thesis is brave and precious as it helps to reveal and close the gap between new developments in the business world and missing theoretical concepts in the management, leadership and organizational sciences.
The first part of the thesis summarizes state of the art insights concerning strategic decision making in companies, global megatrends as framework conditions and change management as implementation support. This holistic view allows the conclusion that the research question at the start is solving a 20th century challenge, which does not provide helpful answers for the age of digitalization.
This results in a development of the research question to “How can an adaptive Organization be created and nurtured?” This type of organization is designed to not only survive, but indeed benefit from the disruptive changes. These use the disruption to find new answers to continuously developing customer needs and for the internal organization.
Adaptive organizations need to be reflected in 5 core dimensions, which are analyzed and developed in the main part of the thesis. All of those are in a continuous development and it is not yet clear, which methods will sustain. The last chapter provides guidance in the spirit of a holistic transformation management, how to start developing the adaptability of an organization.
The thorough discussion of a wealth of concepts and approaches combined with the extensive practical experience of the author allows a more profound approach to the research question than a strictly academic research.
KW  - Anpassungsfähige Organisation
KW  - adaptive organisation
KW  - VUCA world
KW  - Strategische Entscheidungsfindung
KW  - Digitalisierung
KW  - Digitalization
KW  - Strategisches Management
KW  - Strategic Management
KW  - Selbstorganisation
KW  - Führungsentscheidung
KW  - Organisation
KW  - Strategie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176243
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TY  - THES
A1  - Wunsch, Marie
T1  - Das enterische Nervensystem als mögliche Zielstruktur der Autoimmunreaktion in der Multiplen Sklerose
T1  - The enteric nervous system is a potential autoimmune target in multiple sclerosis
N2  - Bei der Multiplen Sklerose (MS) handelt es sich um eine Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS). Abhängig von der betroffenen ZNS-Region kann es zu vielfältigen Symptomen kommen. Neben neurologischen Symptomen verursacht durch ZNS-Läsionen leidet ein Großteil der MS-Patienten auch unter gastrointestinalen Funktionsstörungen. Diese gastrointestinalen Symptome wurden bisher eher auf Läsionen im Rückenmark zurückgeführt und nicht direkt in Verbindung mit der autoimmunen Ätiologie der Erkrankung gebracht.
In dieser Studie wurde das enterische Nervensystem (ENS) in einem B-Zell- und Antikörper-abhängigen Mausmodell der MS untersucht. Dafür wurde der Autoimmunprozess durch Immunisierung mit MP4, einem Fusionsprotein aus dem Myelin-Basischen-Protein (MBP) und dem Proteolipid-Protein (PLP), ausgelöst. Das ZNS und ENS wurden in den unterschiedlichen Erkrankungsstadien immunhistochemisch und elektronenmikroskopisch analysiert. Neben der Immunpathologie des ZNS konnte dabei eine Degeneration des ENS schon vor dem Einsetzen der ersten neurologischen Defizite nachgewiesen werden. Die ENS-Pathologie war antikörper-mediiert und ging einher mit einer verringerten gastrointestinalen Motilität sowie mit einer Gliose und Neurodegeneration des ENS.
Mithilfe von Immunpräzipitation und Massenspektrometrie konnten im ENS vier mögliche Zielstrukturen des Autoimmunprozesses identifiziert werden, was auf sog. epitope spreading hindeutet. Auch im Plasma von MS-Patienten konnten Antikörper gegen drei dieser Antigene nachgewiesen werden. Des Weiteren zeigten sich in Kolon-Resektaten von MS-Patienten erste Ansätze einer Neurodegeneration und Gliose des ENS. 
In dieser Studie wurde zum ersten Mal ein direkter Zusammenhang zwischen der Autoimmunreaktion gegen das ZNS und einer simultanen Reaktion gegen das ENS gezeigt. Dies kann einen Paradigmenwechsel im Verständnis der Immunpathogenese der MS anstoßen und neue therapeutische und diagnostische Ansätze initiieren.
N2  - Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease, in which the immune system attacks the central nervous system (CNS). Clinical symptoms and the course of the disease can vary among patients, depending on the region of the brain primarily affected. Besides the neurological symptoms caused by CNS lesions, a great amount of MS patients display functional gastrointestinal impairments. Gastrointestinal symptoms were previously explained by the presence of spinal cord lesions rather than being linked to the autoimmune pathomechanisms of the disease. 
Here, the enteric nervous system (ENS) was studied in a B cell- and antibody-dependent mouse model of MS, in which the myelin basic protein (MBP) - proteolipid protein (PLP) fusion protein MP4 was used to initiate the autoimmune attack. Immunohistochemistry and electron microscopy were performed at different stages of the disease. We noted that in addition to the immune pathology in the CNS itself, the ENS also showed signs of degeneration. ENS degeneration was evident prior to the manifestation of CNS lesions and to the onset of neurological deficits in mice. ENS pathology was antibody-mediated and accompanied by impaired gastrointestinal motility, ENS gliosis and neurodegeneration. Using immunoprecipitation and mass spectrometry, four autoimmune targets expressed by enteric glia and/or neurons could be identified suggesting that epitope spreading to antigens of the ENS had occurred. MS patients displayed plasma antibodies against three of the ENS autoantigens. Studying human colon resectates provided preliminary evidence for gliosis and neurodegeneration of the ENS in MS patients, which was absent in non-MS controls.
Overall, this study establishes a pathomechanistic link between the well-established autoimmune attack on the CNS and a simultaneous attack on the ENS that has not been described so far. These findings can initiate a paradigm shift in the current understanding of the pathomechanism of MS with diagnostic and therapeutic implications.
KW  - Multiple Sklerose
KW  - Autoantikörper
KW  - Enterisches Nervensystem
KW  - Experimentelle Autoimmune Enzephalomyelitis
KW  - Darmwandnervensystem
KW  - Autoimmunität
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175888
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TY  - THES
A1  - Wunderle, Tobias
T1  - Die „Turnhallenkonzerte“ in der Fürstlich Waldeckischen Residenzstadt Arolsen unter der Leitung des Militärkapellmeisters Hugo Rothe (1864–1934). Ein Beitrag zur Erforschung der Verbindung von Militärmusik und musikalischer Volksbildung im Deutschen Kaiserreich
T1  - The "Gymnasium Concerts" in the Princely Waldeck residence town of Arolsen under the direction of the military band master Hugo Rothe (1864-1934)
N2  - Die Konzertlandschaft im Deutschen Kaiserreich wurde neben den zahlreichen Opern- und Sinfonieorchestern vor allem durch die vielseitigen Darbietungen der Militärkapellen bei verschiedensten Anlässen geprägt. Dabei zeigten sich die Musikkorps als vielseitig einsetzbare Formationen und konnten einen spezifischen Beitrag zur Musikkultur leisten. Die Militärorchester hatten durch ihr konzertantes Wirken die Möglichkeit, großen Einfluss auf das musikkulturelle Profil innerhalb einer Region zu nehmen. Diese und andere Aspekte können am Beispiel der „Turnhallenkonzerte“ zu Arolsen aufgezeigt werden. Militärkapellmeister Hugo Rothe konnte sich bei diesen Konzerten sowohl durch seine Programmauswahl als auch durch die Zusammenarbeit mit vielen nationalen und internationalen Gastsolisten auszeichnen. Diese Ergänzung zum militärmusikalischen Tagesgeschäft (Paraden, Zeremonielle) war eine notwendige Facette, die sich besonders aus einem eigenen künstlerischen Ehrgeiz heraus zur musikalischen Selbstverwirklichung – sowohl für den Dirigenten als auch für die Orchestermusiker – entwickelte. Auf diese Weise konnte musikalische Volksbildung durch Popularisierung verschiedenster Werke sowie durch ein speziell zusammengestelltes Repertoire erfolgen, was sich anhand des umfangreichen Nachlassmaterials von Militärkapellmeister Hugo Rothe veranschaulichen lässt.
N2  - Apart from numerous opera and symphony orchestras the concert scene in the German Empire was characterized above all by the wide-ranging performances of the military bands for various occasions. In this context military bands were variedly useable formations and made a specific contribution to musical culture. Through such musical activities it was possible, that military bands had a big influence on the profile of musical culture. These and other aspects can be illustrated by the „Turnhallenkonzerte“ of Arolsen. At these concerts military bandmaster Hugo Rothe distinguished himself by both his program selection and the cooperation with many national and international guest soloists. This supplement to the everyday business (parades, ceremonies) was a necessary facet, which was particularly developed from an own artistic ambition for musical self-realization – both for the conductor and the musicians. In this way musical national education was possible by the popularization of various works and by a specially composed repertoire, which can be exemplified by the extensive material of military bandmaster Hugo Rothe.
KW  - Turnhallenkonzerte
KW  - military music
KW  - bandmaster
KW  - Militärmusik
KW  - Deutsches Kaiserreich
KW  - Hugo Rothe
KW  - Arolsen
KW  - Militärkapellmeister
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-174491
N1  - die gedruckte Ausgabe enthält 2 CDs: "Konzertprogramme" und "Dokumentation des Nachlassmaterials"
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TY  - THES
A1  - Wu, Fang
T1  - Adding new functions to insulin-like growth factor-I (IGF-I) via genetic codon expansion
T1  - Hinzufügen neuer Funktionen zu Insulin-like Growth Factor-I (IGF-I) durch genetische Codon-Erweiterung
N2  - Insulin-like growth factor-I (IGF-I) is a 70-amino acid polypeptide with a molecular weight of approximately 7.6 kDa acting as an anabolic effector. It is essential for tissue growth and remodeling. Clinically, it is used for the treatment of growth disorders and has been proposed for various other applications including musculoskeletal diseases. Unlike insulin, IGF-I is complexed to at least six high-affinity binding proteins (IGFBPs) exerting homeostatic effects by modulating IGF-I availability to its receptor (IGF-IR) on most cells in the body as well as changing the distribution of the growth factor within the organism.1-3 Short half-lived IGF-I have been the driving forces for the design of localized IGF-I depot systems or protein modification with enhanced pharmacokinetic properties. In this thesis, we endeavor to present a versatile biologic into which galenical properties were engineered through chemical synthesis, e.g., by site-specific coupling of biomaterials or complex composites to IGF-I. For that, we redesigned the therapeutic via genetic codon expansion resulting in an alkyne introduced IGF-I, thereby becoming a substrate for biorthogonal click chemistries yielding a site-specific decoration. 
In this approach, an orthogonal pyrrolysine tRNA synthetase (PylRS)/tRNAPyl CUA pair was employed to direct the co-translational incorporation of an unnatural amino acid—¬propargyl-L-lysine (plk)—bearing a clickable alkyne functional handle into IGF-I in response to the amber stop codon (UAG) introduced into the defined position in the gene of interest. We summarized the systematic optimization of upstream and downstream process alike with the ultimate goal to increase the yield of plk modified IGF-I therapeutic, from the construction of gene fusions resulting in (i) Trx-plk-IGF-I fusion variants, (ii) naturally occurring pro-IGF-I protein (IGF-I + Ea peptide) (plk-IGF-I Ea), over the subsequent bacterial cultivation and protein extraction to the final chromatographic purification. The opportunities and hurdles of all of the above strategies were discussed. Evidence was provided that the wild-type IGF-I yields were pure by exploiting the advantages of the pHisTrx expression vector system in concert with a thrombin enzyme with its highly specific proteolytic digestion site and multiple-chromatography steps. The alkyne functionality was successfully introduced into IGF-I by amber codon suppression. The proper folding of plk-IGF-I Ea was assessed by WST-1 proliferation assay and the detection of phosphorylated AKT in MG-63 cell lysate. The purity of plk-IGF-I Ea was monitored with RP-HPLC and SDS-PAGE analysis. This work also showed site-specific coupling an alkyne in plk-IGF-I Ea by copper (I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) with potent activities in vitro. The site-specific immobilization of plk-IGF-I Ea to the model carrier (i.e., agarose beads) resulted in enhanced cell proliferation and adhesion surrounding the IGF-I-presenting particles. Cell proliferation and differentiation were enhanced in the accessibility of IGF-I decorated beads, reflecting the multivalence on cellular performance. 
Next, we aimed at effectively showing the disease environment by co-delivery of fibroblast growth factor 2 (FGF2) and IGF-I, deploying localized matrix metalloproteinases (MMPs) upregulation as a surrogate marker driving the response of the drug delivery system. For this purpose, we genetically engineered FGF2 variant containing an (S)-2-amino-6-(((2-azidoethoxy)carbonyl)amino)hexanoic acid incorporated at its N-terminus, followed by an MMPs-cleavable linker (PCL) and FGF2 sequence, thereby allowing site-directed, specific decoration of the resultant azide-PCL-FGF2 with the previously mentioned plk-IGF-I Ea to generate defined protein-protein conjugates with a PCL in between. The click reaction between plk-IGF-I Ea and azide-PCL-FGF2 was systematically optimized to increase the yield of IGF-FGF conjugates, including reaction temperature, incubation duration, the addition of anionic detergent, and different ratios of the participating biopharmaceutics. The challenge here was that CuAAC reaction components or conditions might oxidize free cysteines of azide-PCL-FGF2 and future work needs to present the extent of activity retention after conjugation. Furthermore, our study provides potential options for dual-labeling of IGF-I either by the introduction of unnatural amino acids within two distinct positions of the protein of interest for parallel “double-click” labeling of the resultant plk-IGF-I Ea-plk or by using a combination of enzymatic-catalyzed and CuAAC bioorthogonal coupling strategies for sequentially dual-labeling of plk-IGF-I Ea.
In conclusion, genetic code expansion in combination with click-chemistry provides the fundament for novel IGF-I analogs allowing unprecedented site specificity for decoration. Considerable progress towards IGF-I based therapies with enhanced pharmacological properties was made by demonstrating the feasibility of the expression of plk incorporated IGF-I using E. coli and retained activity of unconjugated and conjugated IGF-I variant. Dual-labeling of IGF-I provides further insights into the functional requirements of IGF-I. Still, further investigation warrants to develop precise IGF-I therapy through unmatched temporal and spatial regulation of the pleiotropic IGF-I.
N2  - Insulin-like growth factor-I (IGF-I) ist ein 70 Aminosäuren langes Polypeptid mit einem Molekuargewicht von 7,5 kDa, dass als anaboler Effektor wirkt und dadurch eine essentielle Rolle in Gewebewachstum und -umbau spielt. Klinisch wird IGF-I für die Behandlung von Wachstumsstörungen verwendet und ist für weitere Anwendungen wie muskuloskelettale Erkrankungen von Interesse. Im Gegensatz zu Insulin wird IGF-I von mindestens sechs hochaffinen Bindungsproteinen (IGFBPs) komplexiert, die homöostatisch regulierend wirken, indem  sie die Verfügbarkeit von IGF-I zu seinem Rezeptor (IGF-IR) auf vielen Zellen modulieren und ebenso die Verteilung des Wachstumsfaktors im Körper steuern. Aufgrund der kurzen Halbwertszeit von IGF-I wurde die Entwicklung von lokalen IGF-I Depot-Systemen und von auf Proteinebene modifizierten IGF-I-Varianten mit verbesserten pharmakokinetischen Eigenschaften vorangetrieben. In der vorliegenden Arbeit sind wir bestrebt ein vielseitiges Biopharmazeutikum zu präsentieren, das hinsichtlich seiner galenischen Eigenschaften optimiert wurde, z. B. durch chemische Modifikation,  wie ortsspezifische Kopplung von IGF-I an Biomaterialien oder komplexe Verbundstoffe. Für diesen Zweck wurde das Therapeutikum neu entworfen und über die Erweiterung des genetischen Codes eine Alkin-Funktionalität eingefügt. Durch dieses Alkin wird IGF-I zugänglich für die Modifizierung mit bio-orthogonaler, ortsspezifischer „Click-Chemie“.
In diesem Ansatz wird ein orthogonales Pyrrolysin tRNA-Synthase (PylRS)/tRNAPyl-CUA – Paar verwendet, um den co-translationalen Einbau einer unnatürlichen Aminosäure — Propargyl-L-lysine (Plk) —, die eine Alkin-Funktionalität für Click-Reaktionen enthält, an Stelle des Amber-Stop-Codons (UAG) im entsprechenden Gen, im IGF-I-Protein zu gewährleisten. Die systematische Optimierung von Up- und Downstream-Prozessen, mit dem Ziel die Ausbeute von Plk-modifiziertem IGF-I-Biopharmazeutikum zu erhöhen, wurden zusammengefasst: von der Konstruktion von Genfusionen, die in (i) einer Trx-plk-IGF-I Fusionsvariant und (ii) natürlich vorkommendem pro-IGF-I Protein (IGF-I + Ea peptide) (Plk-IGF-I Ea) resultierten, über die folgende Expression in Bakterien und Proteinextraktion, bis hin zur finalen chromatographischen Reinigung des Biopharmazeutikums. Die Möglichkeiten und Schwierigkeiten aller oben genannten Strategien wurden diskutiert. Es wurde gezeigt, dass die Wildtyp-IGF-I-Ausbeuten durch den Einsatz des vorteilhaften pHisTrx-Expressionsvektor-Systems zusammen mit dem Enzym Thrombin und seiner hochspezifischen proteolytischen Spaltstelle und mehrfacher chromatographischer Aufreinigung einen hohen Reinheitsgrad aufwiesen. Die Alkin-Funktionalität wurde erfolgreich durch Unterdrückung des Amber-Codons in IGF-I eingeführt. Die richtige Faltung von Plk-IGF-I Ea wurde durch den WST-1 Proliferationsassay und den Nachweis von phosphorylierten Akt in MG-63-Zelllysat nachgewiesen. Die Reinheit von Plk-IGF-I Ea wurde durch RP-HPLC- und SDS-PAGE-Analyse überwacht. In dieser Arbeit konnte auch gezeigt werden, dass die ortspezifische Kopplung von Alkinen an Plk-IGF-I Ea durch Kupfer(I)-katalysierte Azid-Alkin Zykloaddition (CuAAC) in einem Produkt mit hoher in vitro Aktivität resultiert. Die ortspezifische Immobilisierung von Plk-IGF-I Ea an einem Modell-Trägersystem (hier: Agarosepartikel) führte zu einer verbesserten Zellproliferation und Zelladhäsion in der Umgebung der IGF-I-präsentierenden Partikel. Der vielfältige Einfluss von IGF-I auf Zellen wird durch die verbesserte Zellproliferation und -differenzierung durch die Verfügbarkeit von IGF-I präsentierenden Partikeln widergespiegelt. 
Als Nächstes setzten wir uns zum Ziel den Krankheitseinfluss durch die gleichzeitige Anwendung von Fibroblast-Wachstumsfaktor 2 (FGF2) und IGF-I zu zeigen, indem wir uns der lokalen Hochregulierung von Matrixmetalloproteinasen (MMPS) als Surrogat-Krankheitsmarker bedienten, der die Antwort des Drug Delivery-Systems auslöst. Zu diesem Zweck wurde eine FGF2-Variante genetisch modifiziert, sodass sie am N-Terminus eine (S)-2-amino-6-(((2-azidoethoxy)carbonyl)amino)Hexansäure trägt - gefolgt von einen durch MMPs spaltbaren Verbindungsstück (PCL) und der FGF2 Sequenz - und dadurch die gezielte, spezifische Konjugation des resultierenden Azid-PCL-FGF2 mit dem vorher erwähnten Plk-IGF-I Ea ermöglicht, um definierte Protein-Protein-Konjugate, die mit einem PCL verbunden sind, zu erzeugen. Die Click-Reaktion zwischen Plk-IGF-I Ea und Azid-PCL-FGF2 wurde zur Erhöhung der IGF-FGF Ausbeute systematisch optimiert, indem die Parameter Temperatur, Inkubationsdauer, Zugabe von anionischem Tensid und verschiedene Eduktverhältnisse untersucht wurden. Es gilt zu bedenken, dass die in der CuAAC Reaktion eingesetzten Komponenten oder Reaktionsbedingungen freie Cysteinreste von Azid-PCL-FGF2 oxidieren können und es in Zukunft gilt, die verbleibende Aktivität nach Proteinkonjugation zu bestimmen. Des Weiteren zeigen unsere Untersuchungen potentielle Möglichkeiten für duale Konjugation von IGF-I entweder durch die Einführung einer unnatürlichen Aminosäure an zwei verschiedenen Positionen innerhalb des Proteins (Plk-IGF-I Ea-Plk) für parallele „Doppel-Click“-Konjugation oder durch die Kombination bioorthogonaler Kopplungsreaktionen -  einer enzymkatalysierten Reaktion und CuAAC - für sequentielles duales Verknüpfen von Plk-IGF-I Ea.
Schlussendlich stellt die Erweiterung des genetischen Codes in Kombination mit Click-Chemie eine Grundlage für neue IGF-I-Analoga dar, die eine noch nie dagewesene Ortsspezifität für Konjugationen besitzen. Ein entscheidender Fortschritt hin zu IGF-I basierten Therapeutika mit verbesserten pharmakologischen Eigenschaften wurde durch die Expression, Reinigung und Konjugation von bioaktivem IGF-I mit Plk sowie konjugierten IGF-I Varianten erreicht. Duales Modifizieren von IGF-I erlaubt weitere Einblicke in die funktionalen Anforderungen an IGF-I. Dennoch sind weitere Untersuchungen nötig, um eine gezielte IGF-I Therapie trotz der unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Regulierung des pleiotropen IGF-I zu ermöglichen.
KW  - Insulin-like growth factor-I
KW  - genetic codon expansion
KW  - site-specific protein modification
KW  - Insulin-like Growth Factor I
KW  - Codon
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175330
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wollny, Claudia
T1  - Der p97-Kofaktor UBXD1 ist ein neuer Regulator des NF-kB-Signalweges
T1  - The p97-cofactor UBXD1 is a new regulator of NF-kB-signaling
N2  - Die essenzielle, Ubiquitin-selektive ATPase p97 reguliert eine Vielzahl unterschiedlicher Prozesse in Eukaryoten. Dazu zählen Proteinqualitätskontrolle, DNA-Reparatur, Signaltransduktion, Zellzykluskontrolle, Autophagie sowie das endolysosomale System. Diese unterschiedlichen Funktionen von p97 werden durch die Bindung von Kofaktoren engmaschig gesteuert und kontrolliert. Die größte und am besten untersuchte Gruppe von p97-Kofaktoren sind die Proteine der UBX Familie. Diese zeichnen sich durch den Besitz einer UBX-Domäne aus, welche die Bindung an p97 vermittelt. Das in höheren Eukaryoten konservierte Familienmitglied UBXD1 besitzt darüber hinaus mit einer PUB-Domäne und einem VIM-Motiv noch mindestens zwei weitere p97-Bindemodule. UBXD1 kann an Vesikel des endolysosomalen Degradationssytems lokalisieren, seine genauen zellulären Funktionen sind jedoch noch weitgehend unbekannt.
Ziel dieser Arbeit war die funktionelle Charakterisierung von humanem UBXD1. Dafür wurden Kandidaten eines zuvor durchgeführten Yeast-Two-Hybrid-Screens auf ihre Two Hybrid-Interaktion mit unterschiedlichen UBXD1-Varianten getestet. Darüber hinaus wurde durch Immunpräzipitationsexperimente untersucht, ob die Kandidatenproteine auch in Säugerzellen mit UBXD1 interagieren. Als vielversprechende neue Bindungspartner von UBXD1 wurden so die Ubiquitin-Ligase TRIAD3A und das Ubiquitin-editierende Protein A20 identifiziert. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass die Interaktion zwischen UBXD1 und A20 von einer funktionellen PUB Domäne und dem siebten Zinkfinger Motiv von A20 abhängig ist.
Da sowohl TRIAD3A als auch A20 negative Regulatoren des NF B Signalweges sind, wurde daraufhin untersucht, ob auch UBXD1 eine Funktion in diesem Signalweg besitzt. Tatsächlich war in UBXD1-depletierten HeLa 57A-Zellen die NF B-abhängige Expression eines Reportgens nach Aktivierung des Signalweges durch TNF, IL-1, Doxorubicin und H2O2 stark reduziert. Dabei spricht die verringerte Aktivierung nach unterschiedlichen Stimuli für eine generelle Rolle von UBXD1 im NF B Signalweg. Durch quantitative Echtzeit-PCR konnte gezeigt werden, dass in HeLa- und HEK293T-Zellen nach UBXD1-Depletion auch die Expression endogener NF B Zielgene verringert ist. Da in UBXD1-depletierten Zellen nach Stimulation mit TNF oder IL-1 bereits die Kerntranslokation des NF B-Transkriptionsfaktor p65 reduziert ist, ist davon auszugehen, dass UBXD1 an einer früheren Phase der Aktivierung des Signalweges beteiligt ist. Möglicherweise ist dies darauf zurückzuführen, dass UBXD1 bekannte Funktionen von A20 reguliert und etwa die Bindung von A20 an Vesikel des endolysosomalen Systems oder an lineare Ubiquitinketten beeinflusst. Diese Arbeit beschreibt somit eine neue Funktion des p97-Kofaktors UBXD1 im NF B-Signalweg.
N2  - The essential, ubiquitin-selective ATPase p97 regulates a variety of cellular processes in eukaryotes. Among others, these include protein quality control, DNA repair, signal-transduction, cell cycle control, autophagy and the endolysosomal system. The distinct functions of p97 are tightly controlled by regulatory cofactors. UBX domain-containing proteins are the largest and best studied group of p97 cofactors . They are characterized by a UBX domain, which mediates binding to p97. The family-member UBXD1 is highly conserved in higher eukaryotes and possesses at least two additional p97 binding modules, a PUB domain and a VIM motif. While UBXD1 can localize to vesicles of the endolysosomal degradation system, its exact cellular function is still poorly understood.
The aim of this study was the functional characterisation of human UBXD1. To that end, candidates of a previous yeast two-hybrid screen were tested for their two-hybrid interaction with different UBXD1 variants. Immunoprecipitation experiments were used to analyse if the candidates also interact with UBXD1 in mammalian cells. This led to the identification of the ubiquitin-ligase TRIAD3A and the ubiquitin-editing protein A20 as promising new binding partners of UBXD1. Moreover, it could be demonstrated that the interaction between UBXD1 and A20 depends on a functional PUB domain and the seventh zinc finger motif of A20.
Because both TRIAD3A and A20 are negative regulators of the NF-B signaling pathway, it was subsequently tested if UBXD1 also has a function in NF-B signaling. Indeed, UBXD1-depleted HeLa 57A cells showed a strongly reduced NF B dependent expression of a reporter gene after activation of the signaling pathway by TNF, IL-1, Doxorubicin and H2O2. The reduced activity observed after various stimuli argues for a general role of UBXD1 in the NF-B signaling pathway. Quantitative real-time PCR demonstrated that the expression of endogenous NF-B target genes in HeLa and HEK293T cells was also reduced upon UBXD1-depletion. Since the nuclear translocation of the NF-B subunit p65 upon stimulation with TNF or IL-1was also reduced in UBXD1-depleted cells, UBXD1 is likely to participate in an earlier phase of NF-B activation. It is possible that UBXD1 regulates a known function of A20 and influences for example the binding of A20 to endocytic vesicles or to linear ubiquitin chains. In summary, this work describes a novel function of the p97 cofactor UBXD1 as a positive regulator of the NF-B signaling pathway.
KW  - Ubiquitin
KW  - UBXD1
KW  - Signaltransduktion
KW  - Cofaktor
KW  - p97
KW  - Signalweg
KW  - Zellbiologie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-132430
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wistlich, Laura
T1  - NCO-sP(EO-stat-PO) as functional additive for biomaterials’ development
T1  - NCO-sP(EO-stat-PO) als funktionale Additive für die Entwicklung von Biomaterialien
N2  - The aim of this thesis was the application of the functional prepolymer NCO-sP(EO-stat-PO) for the development of new biomaterials. First, the influence of the star-shaped polymers on the mechanical properties of biocements and bone adhesives was investigated. 3-armed star-shaped macromers were used as an additive for a mineral bone cement, and the influence on the mechanical properties was studied. Additionally, a previously developed bone adhesive was examined regarding cytocompatibility. The second topic was the examination of novel functionalization steps which were performed on the surface of electrospun fibers modified with NCO-sP(EO-stat-PO). This established method of functionalizing electrospun meshes was advanced regarding the modification with proteins which was then demonstrated in a biological application. Two different kinds of antibodies were immobilized on the fiber surface in a consecutive manner and the influence of these proteins on the cell behavior was investigated. The final topic involved the quantification of surface-bound peptide sequences. By functionalization of the peptides with the UV-reactive molecule 2-mercaptopyridine it was possible to quantify this compound via UV measurements by cleavage of disulfide bridges and indirectly draw conclusions about the number of immobilized peptides.
In the field of mineral biocements and bone adhesives, NCO-sP(EO-stat-PO) was able to influence the setting behavior and mechanical performance of mineral bone cements based on calcium phosphate chemistry. The addition of NCO-sP(EO-stat-PO) resulted in a pseudo-ductile fracture behavior due to the formation of a hydrogel network in the cement, which was then mineralized by nanosized hydroxyapatite crystals following cement setting. Accordingly, a commercially available aluminum silicate cement from civil engineering could be modified.
In addition, it could be shown that the use of NCO-sP(EO-stat-PO) is beneficial for adjusting specific material properties of bone adhesives. Here, the crosslinking behavior of the prepolymer in an aqueous medium was exploited to form an interpenetrating network (IPN) together with a photochemically curing poly(ethylene glycol) dimethacrylate (PEGDMA) matrix. This could be used for the development of a bone adhesive with an improved adhesion to bone in a wet environment. The developed bone adhesive was further investigated in terms of possible influences of the initiator systems. In addition, the material system was tested for cytocompatibility by using different cell lines.
Moreover, the preparation of electrospun fiber meshes via solution electrospinning consisting of poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) as a backbone polymer and NCO-sP(EO-stat-PO) as functional additive is an established method for the application of the meshes as a replacement of the native extracellular matrix (ECM). In general, these fibers reveal diameters in the nanometer range, are protein and cell repellent due to the hydrophilic properties of the prepolymer and show a specific biofunctionalization by immobilization of peptide sequences. Here, the isocyanate groups presented on the fiber surface after electrospinning were used to carry out various functionalization steps, while retaining the properties of protein and cell repellency. The modification of the electrospun fibers involved the immobilization of analogs or antagonists of tumor necrosis factor (TNF) and the indirect detection of these by interaction with a light-producing enzyme. Here, a multimodal modification of the fiber surface with RGD to mediate cell adhesion and two different antibodies could be achieved. After culturing the cell line HT1080, the pro- or anti-inflammatory response of cells could be detected by IL-8 specific ELISA measurements.
Furthermore, the quantification of molecules on the surface of electrospun fibers was investigated. It was tested whether the detection by means of super-resolution microscopy would be possible. Therefore, experiments were performed with short amino acid sequences such as RGD for quantification by fluorescence microscopy. Based on earlier results, in which a UV-spectrometrically active molecule was used to detect the quantification of RGD, it was shown that short peptides can also be quantified in a small scale on flat functional substrates (2D) such as NCO-sP(EO-stat-PO) hydrogel coatings, and modified electrospun fibers produced from PLGA and NCO-sP(EO-stat-PO) (3D). In addition, a collagen sequence was used to prove that a successful quantification can be carried out as well for longer peptide chains.
These studies have revealed that NCO-sP(EO-stat-PO) can serve as a functional additive for many applications and should be considered for further studies on the development of novel biomaterials. The rapid crosslinking reaction, the resulting hydrogel formation and the biocompatibility are to be mentioned as positive properties, which makes the prepolymer interesting for future applications.
N2  - Ziel der Arbeit war die Anwendung der funktionalen Präpolymere NCO-sP(EO-stat-PO) für die Entwicklung von neuen Biomaterialien. Als erstes wurde untersucht, welchen Einfluss die sternförmigen Polymere auf die mechanischen Eigenschaften von Biozementen und Knochenadhäsiven haben. Beispielsweise wurden 3-armige Macromere als Additive für einen mineralischen Knochenzement verwendet und dessen mechanische Eigenschaften untersucht. Außerdem wurde ein kürzlich entwickelter NCO-sP(EO-stat-PO) haltiger Knochenklebers auf Zytokompatibilität getestet. Ein zweites Kapitel beinhaltete die Modifikation von elektrogesponnenen Polymerfasern mit NCO-sP(EO-stat-PO) basierend auf einer etablierten Methode. Es wurde untersucht, welche weiteren Funktionalisierungen auf solchen Oberflächen vorgenommen werden können. Diese Modifizierungsschritte wurden in einer biologischen Anwendung demonstriert, indem verschiedene Antikörper aufeinanderfolgend auf der Faseroberfläche gebunden wurden. Der Einfluss dieser Proteine auf das Verhalten von Zellen auf diesen Oberflächen wurde untersucht. Als letztes wurde die Quantifizierung von oberflächengebundenen Peptidsequenzen demonstriert. Mittels Funktionalisierung der Peptide mit dem UV-reaktiven Molekül 2-Mercaptopyridin konnte durch Spaltung von Disulfidbrücken diese Verbindung UV-metrisch quantifiziert und indirekt Rückschlüsse auf die Anzahl der immobilisierten Peptide gezogen werden.
Durch den Zusatz von NCO-sP(EO-stat-PO) konnten das Abbindeverhalten und die mechanischen Eigenschaften von mineralischen Calciumphosphat-Knochenzementen moduliert werden. Der Zusatz von 3-armigem, sternförmigem NCO-sP(EO-stat-PO) führte dabei zu einem pseudoduktilen Bruchverhalten durch Bildung eines Hydrogelnetzwerks im Zement, das anschließend durch die Zementreaktion mit nanoskaligem Hydroxylapatit mineralisiert wurde.
Im Bereich mineralischer Knochenzemente und Adhäsive konnte gezeigt werden, dass NCO-sP(EO-stat-PO) zur Einstellung der Eigenschaften verwendet werden kann. Hierbei wurde dessen Quervernetzungsverhalten im wässrigen Medium ausgenutzt, um mit einer photochemisch härtenden Polyethylenglykoldimethakrylat (PEGDMA) Matrix interpenetrierende Netzwerke (IPNs) zu bilden. Diese konnten für die Entwicklung eines Knochenklebers mit verbesserter Haftung auf Knochen im feuchten Milieu genutzt werden. Das kürzlich entwickelte Knochenadhäsiv wurde im Hinblick auf den Einfluss des Initiatorsystems untersucht. Außerdem wurde die Zytokompatibilität des Materials anhand verschiedener Zelltypen getestet.
Die Herstellung von elektrogesponnenen Faservliesen mittels Solution Electrospinning aus Polylactid-co-Glycolid (PLGA) als Gerüst-bildendem Polymer und NCO-sP(EO-stat-PO) als funktionalem Additiv ist eine etablierte Methode, um diese Vliese zur Nachbildung nativer Extrazellulär-Matrix anzuwenden. Die Fasern weisen einen Durchmesser im Nanometer-Bereich auf, sind proteinabweisend durch die hydrophilen Eigenschaften des Präpolymers und können durch Immobilisierung von Peptidsequenzen spezifisch biofunktionalisiert werden. Hierbei wurden die Isocyanate auf der Faseroberfläche genutzt, um verschiedenste Funktionalisierungsschritte unter Beibehaltung der protein- und zellabweisenden Eigenschaften auszuführen. Die Modifizierung der elektrogesponnenen Fasern beinhaltete die Immobilisierung von Analoga oder Antagonisten des Tumornekrosefaktors (TNF) sowie den indirekten Nachweis über eine Lichtreaktion. Hierbei konnte eine multimodale Modifizierung der Faseroberfläche mit RGD-Sequenzen zur Vermittlung der Zelladhäsion und zwei verschiedenen Antikörpern erreicht werden. Nach Kultivierung der Zelllinie HT1080 konnte die pro- oder antiinflammatorische Antwort der Zellen mittels IL-8 spezifischem ELISA nachgewiesen werden.
Eine weitere Fragestellung war der Quantifizierung von Molekülen auf der Oberfläche von elektrogesponnen Fasern gewidmet. Es wurde getestet, ob ein Nachweis mittels hochauflösender Mikroskopie möglich ist. Hierzu wurden RGD-Sequenzen zur fluoreszenzmikroskopischen Quantifizierung verwendet. Basierend auf früheren Ergebnissen, bei denen für die Quantifizierung von RGD ein UV-aktives Molekül genutzt wurde, konnte gezeigt werden, dass sich kurze Peptide auch im kleinen Maßstab auf flachen Substraten (2D) wie Hydrogel-Beschichtungen aus NCO-sP(EO-stat-PO) als auch auf elektrogesponnenen Fasern aus PLGA und NCO-sP(EO-stat-PO) (3D) quantifizieren lassen. Außerdem wurde eine Kollagen-Sequenz als längere Peptidkette herangezogen, um auch hier eine erfolgreiche Quantifizierung zu beweisen.
Es konnte gezeigt werden, dass NCO-sP(EO-stat-PO) als funktionales Additiv für viele Anwendungen dienen kann und für weitere Untersuchungen zur Entwicklung von Biomaterialien berücksichtigt werden sollte. Die schnelle Quervernetzungsreaktion, die resultierende Hydrogelbildung und die Biokompatibilität sind als positive Eigenschaften zu nennen, die das Präpolymer für zukünftige Anwendungen interessant macht.
KW  - Sternpolymere
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
KW  - Isocyanate
KW  - surface functionalization
KW  - biomaterials
KW  - chemical crosslinking
KW  - bioceramics
KW  - electrospun fibers
KW  - Oberflächenfunktionalisierung
KW  - funktionale Präpolymere
KW  - Modifikation von Biokeramiken
KW  - Funktionalisierung von elektrogesponnenen Fasern
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178365
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wirsching, Isabelle
T1  - LTD-artige zentralmotorische Plastizität im Schubereignis bei Patienten mit Multipler Sklerose
T1  - LTD-like motor plasticity in acute relapse in patients with multiple sclerosis
N2  - Die Multiple Sklerose ist eine chronisch entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems. Durch ein komplexes Zusammenspiel von Genetik, Autoimmunvorgängen und proinflammatorischen Prozessen kommt es zur Demyelinisierung sowie zu axonalen Schäden und kortikalen Läsionen (Calabrese et al., 2010; Ciccarelli et al., 2014; International Multiple Sclerosis Genetics et al., 2011; Leray et al., 2015). In den Industrieländern ist diese Erkrankung eine der häufigsten Ursachen für langfristige Behinderung bereits im frühen Lebensalter (Flores-Alvarado, Gabriel-
46 Ortiz, Pacheco-Mois, & Bitzer-Quintero, 2015). Die Diskrepanz allerdings zwischen klinischer Symptomatik und den Befunden der Bildgebung (Barkhof, 2002) gibt Anlass dafür, Adaptionsmöglichkeiten detailliert zu erforschen. Vorgänge der Neuroplastizität mit LTP und LTD als Basismechanismen erscheinen dabei zunehmend Beachtung zu finden (Dayan & Cohen, 2011; Zeller et al., 2011). Welche Rolle diese Prozesse allerdings im akuten Schub, während der häufig stark ausgeprägten Symptomatik, insbesondere aber auch während ihrer Rückbildung spielen, bleibt bisher weitgehend ungeklärt. Eine Untersuchung zu stimulationsinduzierter LTP-artiger Plastizität im Schub deutete auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Ausmaß der Symptomrückbildung und PAS25-induziertem LTP-Effekt hin (Mori et al., 2014).
In der vorliegenden Arbeit wurde komplementär hierzu die stimulationsinduzierte LTD-artige Plastizität bei 19 MS- bzw. CIS-Patienten während des steroidbehandelten akuten Schubes untersucht. Als Kontrollgruppe wurden alters- und geschlechtsgematchte gesunde Probanden untersucht. Die Messungen wurden mithilfe eines Protokolls der assoziativen Paarstimulation durchgeführt. Paarstimulation wird die Kombination aus der peripher elektrischen und transkraniell magnetischen Stimulation genannt. Das in unserer Studie verwendete Protokoll sieht ein Interstimulusintervall von 10ms vor (PAS10). Der Effekt der Paarstimulation wird durch Messungen der Exzitabilität des motorischen Kortex mittels motorisch evozierter Potenziale (MEP) jeweils vor und nach der Intervention gemessen. Bei den MS-Patienten wurden diese Daten zum Zeitpunkt des Schubes (t1) und 12 Wochen danach (t2) erhoben; die gesunden Kontrollen wurden nur einmal gemessen. Daneben wurde bei den Schubpatienten zur Quantifizierung der klinischen Symptomatik jeweils zum ersten und zum zweiten Zeitpunkt der MSFC erhoben.
Die MS-Patienten zeigten im akuten MS-Schub im Gegensatz zu der Kontrollgruppe aus Gesunden keinen LTD-artigen, sondern einen inversen, sprich einen signifikant LTP-artigen Effekt; dieser war zum Zeitpunkt t2 nicht mehr zu erkennen. Der Unterschied zwischen den PAS10-Effekten der MS- und der Kontrollgruppe war ebenfalls signifikant. Der Vergleich der MSFC-Werte der MS-Gruppe zwischen t1 und t2 erbrachte eine signifikante klinische Besserung. Eine signifikante Korrelation zwischen
47
den neurophysiologischen und klinischen Daten bzw. ihren Veränderungen zwischen t1 und t2 zeigte sich nicht.
Diese Ergebnisse untermauern und erweitern bereits bestehende Hinweise, dass während der akuten Inflammationsprozesse des MS-Schubes veränderte Voraussetzungen für die Induzierbarkeit von Plastizität gegeben sind. Nicht nur, wie bereits gezeigt, die LTP-artige, sondern offenbar auch die LTD-artige assoziative Plastizität zeigt sich stark von den humoralen Veränderungen im steroidbehandelten Schub beeinflusst. Weitere Studien in stärker vorselektierten Patientengruppen sollten der Frage nachgehen, inwieweit LTD-artige Plastizität sich in verschiedenen Subgruppen mit unterschiedlichen Schubsymptomen unterscheidet. Des Weiteren ist der Frage weiter nachzugehen, ob LTD-artige Plastizität funktional zur Adaption im Rahmen des Schubereignisses notwendig ist und inwieweit deren Unterdrückung bzw. Ersatz durch Langzeitpotenzierung potenziell einer Adaption im Wege steht. Sollten potenzielle Folgestudien bestätigen, dass LTD- und LTP-artige Plastizität im Schub möglicherweise häufig dysfunktional ausgeprägt ist und einer optimalen Regeneration entgegensteht, wären daraus praktische Implikationen zu ziehen. Die Entwicklung neuer Trainingsprogramme oder elektrophysiologischer Konzepte könnte ein nächstes Ziel dieses Forschungszweiges sein, um potenziell dysfunktionale Plastizität zu vermeiden und physiologische Prozesse bereits im Schub zu fördern.
N2  - In relapsing-remitting MS (RRMS), the symptoms of a clinical relapse subside over time. Neuroplasticity is believed to play an important compensatory role. In this study, we assessed excitability-decreasing plasticity during an acute relapse of MS and 12 weeks afterwards. Motor plasticity was examined in 19 patients with clinically isolated syndrome or RRMS during a steroidtreated relapse (t1) and 12 weeks afterwards (t2) using paired-associative stimulation (PAS10). This method combines repetitive electric nerve stimulation with transcranial magnetic stimulation of the contralateral motor cortex to model long-term synaptic
depression in the human cortex. Additionally, 19 age-matched healthy controls were assessed. Motor-evoked potentials of the abductor pollicis brevis muscle were recorded before and after intervention. Clinical disability was assessed by the multiple sclerosis
functional composite and the subscore of the nine-hole peg test taken as a measure of hand function. The effect of PAS10 was significantly different between controls and patients; at t1, but not at t2, baseline-normalized postinterventional amplitudes were significantly higher in patients compared to controls. Additional exploratory analysis indicated a significant excitability-enhancing effect of PAS10 in patients as opposed to controls. Significant clinical improvement between t1 and t2 was not correlated with PAS10 effects. Our results indicate an alteration of PAS10-induced synaptic plasticity during relapse, presumably reflecting a polarity shift due to metaplastic processes within the motor cortex. Further studies will need to elucidate the functional significance of such changes for the clinical course of MS. Furthermore in following studies should be explored, if subgroups with different relapse symptoms show different PAS10-stimulation induced plasticity. In future studies training programs or stimulation concepts could be developed to avoid dysfunctional plasticity and promote physiological adaptive processes.
KW  - Neuronale Plastizität
KW  - Multiple Sklerose
KW  - Schub
KW  - LTD
KW  - Langzeitdepression
KW  - stimulationsinduzierte Plasitzität
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180036
ER  - 
TY  - THES
A1  - Winner, Lena
T1  - Synthese und Reaktivität neuer Iminoborane
T1  - Synthesis and Reactivity of novel Iminoboranes
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit konnte der erste metallfreie, an Raumtemperatur ablaufende Wasserstofftransfer von Amminboran (NH3BH3) auf Iminoborane durchgeführt werden. Bei der Umsetzung von NH3BH3 mit Di tert butyliminoboran XXIIIa wurde die Bildung des hydrierten Iminoborans 1 beobachtet. DFT Rechnungen belegen einen konzertierten H+/H- Transfer von NH3BH3 mit einer Aktivierungsenergie weit unter der vergleichbarer Wasserstoffübertragungsreaktionen. Da trotz zahlreicher Versuche keine geeigneten Einkristalle von 1 für eine strukturelle Charakterisierung erhalten werden konnten, wurde 1 mit IPr bzw. etherischer HCl umgesetzt, wobei das Addukt 2 bzw. das 1,2 Additionsprodukt 3 isoliert und vollständig charakterisiert werden konnte.
Darüber hinaus konnten weitere sterisch anspruchsvolle disubstituierte Amminborane dargestellt werden, die ebenfalls die Fähigkeit besitzen, das Di tert butyliminoboran XXIIIa zu hydrieren. Dafür wurden die Arylamminborane (Aryl = Dur (4) & Tip (5)) dargestellt und mit XXIIIa umgesetzt. Hierbei bildeten sich neben 1 die entsprechenden Arylaminoborane 6 und 7.
Ein weiteres Ziel war die Synthese neuartiger Iminoborane. Dafür wurden zwei ferrocenylsubstituierte Aminoboranpräkursoren dargestellt (Schema 53). Über eine Chlorsilan Eliminierung sollte aus Verbindung 8 das entsprechende Iminoboran 9 synthetisiert werden. Jedoch zeigten sich in 11B NMR spektroskopischen Untersuchungen nur Zersetzungsprodukte. Des Weiteren wurde versucht, eine HCl Abstraktion mit Hilfe von verschiedenen Abstrahierungs-Reagenzien, ausgehend von dem Aminoboranpräkursor 10, zu initiieren. Diesbezüglich wird 10 mit diversen Substraten (Na[BAr4F], Na[BAr4Cl], NaH, LiTmp und Na[HMDS]) umgesetzt, wobei sich allerdings für keine der eingesetzten Reagenzien die gewünschte HCl Eliminierung zeigte. 
Ferner wurde der Aminoboranpräkursor 1,4-Bis{[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]-chlorboranyl}durylen 14 erfolgreich dargestellt. Allerdings verlief die Chlorsilan-Eliminierung zu dem Bis-(tert-butylimino)durylenboran 15 im Pyrolyseofen erfolglos.
Weitere Syntheseversuche der Aminoborane 16, 17 und 19 als Präkursoren für das (tert-Butylimino) tris  bzw. bis (trifluormethyl)phenylboran führten nicht zum gewünschten Ziel (Abbildung 29). Die Bildung dieser Aminoborane läuft unselektiv ab und es werden erhebliche Mengen unerwünschter Nebenprodukte beobachtet. Daher können keine analysenreinen Endprodukte isoliert werden.
Im Gegensatz dazu gelang die Darstellung des CF3 meta substituierten Präkursors 21. Durch anschließende Chlorsilan-Eliminierung konnte das (tert Butylimino) 3,5 bis(trifluormethyl)phenylboran 22 isoliert werden. Als Oligomerisierungsprodukt von 22 wurde das Dewar Borazin-Derivat 23 nachgewiesen.
Weiterhin wurde der Aminoboranpräkursor Trietylphenyl[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]chlorboran 24 erfolgreich dargestellt (Schema 56). Nach anschließender Chlorsilaneliminierung im Pyrolyseofen konnte die Bildung des (tert Butylimino)-2,4,6-triethylphenylborans 25 beobachtet werden. Durch Erwärmen von 24 für zwei Stunden auf 100 °C wurde das Dimerisierungsprodukt 26 detektiert.
Die Umsetzung des Iminoborans 25 mit cAAC lieferte bei tiefen Temperaturen das Addukt 28. Erwärmen des Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur führte zur Bildung des Cyclopropan Intermediats 30. Ferner ergab das Erhitzen auf 50 °C unter intramolekularem Ringschluss das bicyclische 1,2-Azaborolidin 31.
Außerdem wurde das Azaborinin 27 über eine metallkatalysierte Syntheseroute, ausgehend von dem Iminoboran 25 und dem Rhodiumkatalysator [{RhCl(PiPr3)2}2] LXV, unter Acetylenatmosphäre dargestellt.
Angesichts weiterer Reaktivitätsstudien von Iminoboranen gegenüber Lewissäuren, wurde das Di tert butyliminoboran XXIIIa mit Tris(pentafluorphenyl)boran umgesetzt (Schema 59). Bei der Reaktion findet eine Carboborierung statt; demgemäß handelt es sich um eine 1,2 Addition des Borans an das Iminoboran unter Bor-Kohlenstoff Bindungspaltung. DFT Rechnungen zufolge beträgt die freie Energie der Reaktion -17.4 kcal mol-1 und läuft damit exergonisch ab.
Des Weiteren konnte mit dem NHC IDip (1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-yliden) in Reaktivitätsstudien mit (tert Butylimino)mesitylboran XXIIIb die Bildung des Aminoborans 34 beobachtet werden. Dieses entsteht durch die Migration eines Dipp Restes des NHC´s zum Stickstoffatom des vormaligen Iminoborans. Dieser Reaktionstyp stellt ein neues Beispiel für die Reaktivität zwischen Iminoboranen und NHCs im Gegensatz zu klassischen Adduktformationen dar.
Einen weiteren neuartigen Beitrag zur Iminoboranchemie lieferte die Reaktion von Di tert butyliminoboran XXXII und dem von Tacke et al.  entwickelten Bis(amidinato)silylen XCVI. Bei dem Reaktionsprodukt handelt es sich um eine bicyclische Silaiminboranstruktur, welche aus der Insertion von XCVI in die BN Dreifachbindung des Iminoborans hervorgeht. DFT Rechnungen bestätigen eine exergonische Reaktion mit einer Gesamtenergie von -28.4 kcal mol-1. Eine Insertion in eine Bor-Stickstoff-Dreifachbindung ist unter den Reaktivitätsstudien mit Iminoboranen ein seltener Reaktionstyp.
Überdies wurde die Reaktion zwischen dem Pentafluorphenyl-(tert-butyl)iminoboran (XCVII) und PiPr3 beobachtet. Dabei fand formal eine CH Aktivierung der drei Isopropyleinheiten von PiPr3 mit den Boratomen von drei XCVII-Einheiten statt. Zusätzlich bindet ein Sauerstoff  an das Phosphoratom. Die Ursache dieser Beobachtung und der Mechanismus dieser Reaktion ist bislang nicht geklärt.
N2  - Within the scope of this work, the first spontaneous, metal-free, room temperature hydrogen transfer from ammonia-borane to iminoborane can be pointed out. When di tert butyliminoborane XXIIIa was reacted with NH3BH3 the formation of 1 could be revealed (Scheme 1). DFT-calculations of the mechanism indicate a concerted transfer of H+ and H– with an activation energy far below those of comparable concerted transfer hydrogenations.[126-129] However, because of several attempts to crystallise 1 failed, 1 was reacted with IPr and HCl, respectively to yield compound 2 and 3, which were fully characterised (Scheme 1).
Beyond that, the sterically more demanding arylamineboranes (aryl = dur (4) & tip (5)) were synthesised and it could be shown that these compounds were also able to hydrogenate di-tert-butyliminoborane XXIIIa (Scheme 2). Therefore, the reaction of 4 and 5 with XXIIIa yielded not only compound 1, but also the corresponding arylaminoboranes 6 and 7.
A further goal was the synthesis of novel iminoboranes. Therefore, the two ferrocenyl substituted aminoborane precursors were synthesised (Scheme 3). The chlorosilane elimination should lead to the iminoborane 9 starting from compound 8. Unfortunately, 11B NMR spectroscopic investigations showed only decomposition products. Furthermore, the aminoborane precursor 10 was treated with different substrates (NaBAr4F, NaBAr4Cl, NaH, LiTmp und NaHMDS) to eliminate HCl and to achieve compound 9. Unfortunately, no HCl elimination took place. 
Moreover, the aminoborane precursor 1,4-bis{[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]-chloroboranyl}durylene 14 was synthesised successfully. However, the chlorosilane elimination to the 1,4-bis-(tert-butylimino)durylenborane 15 in the pyrolysis oven was unsuccessful (Scheme 4).
Further attempts to synthesise 16, 17 and 19 as precursors for the (tert-butylimino) tris  or bis (trifluoromethyl)phenylborane did not lead to the desired iminoborane through halogensilane elimination (Figure 1). The formation of these aminoboranes proceed unselectively and the formation of undesired by products can be observed. For that reason, no pure products could be isolated.
In contrast, the synthesis of the CF3 meta substituted precursor 21 (Scheme 5) was successful. Further, the chlorosilane elimination led to the (tert butylimino)-3,5 bis(trifluormethyl)-phenylborane 22 which could be isolated. The oligomerisation product turned out to be the trimerisation product Dewar borazine derivative 23 (Scheme 5). 
Furthermore, the aminoborane precursor triethylphenyl[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]-chloroborane 24 was synthesised (Scheme 6). The following chlorosilane elimination in the pyrolysis oven led to the formation of the (tert butylimino)-2,4,6-triethylphenylborane 25. After warming compound 24 for two hours at 100 °C the dimerisation product 26 was detected (Scheme 6). 
The reaction of the novel iminoborane 25 with cAAC at low temperature provided the adduct 28. Warming the reaction mixture to room temperature led to the formation of the cyclopropanintermediate 30. Further, the heating of 30 to 50 °C gave the bicyclic 1,2 azaborilidine compound 31 (Schema 57).
In addition, the azaborinine 27 could be synthesised utilizing a [2+2]/[2+4] cycloaddition reaction of the iminoborane 25 with acetylene in the presence of the rhodium catalyst [{RhCl(PiPr3)2}2] (LXV) (Scheme 8).
Considering further reactivity studies of iminoboranes towards a Lewis acid, di tert butyliminoborane XXIIIa was reacted with tris(pentafluorophenyl)borane (Scheme 9). Thus, a carboboration took place, a 1,2 addition of the borane to the iminoborane with a BC bond cleavage. DFT calculations showed a total energy of the reaction of 17.4 kcal mol1, which implies an exergonic reaction.
Besides, the reaction of the NHC, IDip (1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidene) with (tert Butylimino)mesitylborane XXIIIb yielded the aminoborane 34, through a shift of one carbene-bound dipp substituent to the iminoborane nitrogen atom of the former iminoborane (Scheme 10). This reaction is another example of an unexpected reactivity of iminoboranes and is in contrast with classical adduct formation.
An additional contribution to the iminoborane chemistry is the reaction of di tert butyliminoborane XXXII with the bis(amidinato)silicon(II) XCVI of the Tacke group (Scheme 11). The reaction gives a bicyclic silaimineborane structure, which was formed through an insertion of XCVI in the BN triple bound of the iminoborane. DFT calculations confirm an exergonic reaction with a total free energy of -28.4 kcal mol-1. The insertion in the B-N bond of iminoboranes are very rare, which makes this type of reaction very interesting.
Moreover, the reaction of (pentafluorophenyl)-tert-butyliminoborane XCVII and PiPr3 was observed. In this reaction a formal CH activation of the three isopropyl units of PiPr3 with the boron atoms of three XCVII units took place. Additionally an oxygen binds at the phosphorus atom. The reason of this observation and the mechanism of this reaction is not yet clear.
KW  - Bor
KW  - Iminoboran
KW  - Mehrfachbindung
KW  - Heterocyclische Carbene <-N>
KW  - Reaktivität
KW  - NHC
KW  - cAAC
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169169
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wimmer, Katharina
T1  - Analyse der Osteoklastendifferenzierung auf elektrochemisch abgeschiedenen strontiumdotierten Struvitschichten
T1  - Differentiation of osteoclastic cells on electrochemically deposited strontium substituted struvite coatings
N2  - Bei der Implantatversorgung von Patienten mit Osteoporose besteht weiterhin eine hohe Komplikationsrate vor allem durch aseptische Prothesenlockerungen. Eine vielversprechende Möglichkeit diese zu minimieren stellt eine Funktionalisierung der Implantate mit Strontium dar.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es dabei die Wirkung lokal verfügbaren Strontiums auf osteoklastäre und osteoblastäre Zellen zu untersuchen.

Mittels elektrochemischer Abscheidung erfolgte die Beschichtung von Titanproben mit strontiumdotiertem Struvit, wobei sieben verschiedene Dotierkonzentrationen zwischen 6 µg und 487 µg Strontium pro Probe hergestellt wurden. Die Untersuchungen an osteoklastären RAW 264.7 Zellen erfolgten mittels Bestimmung von Zellzahl und -aktivität, verschiedener mikroskopischer Methoden sowie auf genetischer Ebene. Osteoblastäre MG63-Zellen wurden orientierend anhand von Zellzahl und Zellaktivität untersucht.

Zellbiologisch konnte ein hemmender  Einfluss von Strontium auf Differenzierung sowie Proliferation und Aktivität osteoklastärer Zellen gezeigt werden. Die Dotierkonzentration mit den günstigsten Eigenschaften war unter vorliegenden Versuchsbedingungen 487 µg Strontium pro Probe, da sich hierbei zudem eine erhaltene ostoblastäre Proliferation und Aktivität zeigte.
N2  - Aseptic loosening of implants is still an issue especially for patients with osteoporosis. In order to minimize the risk of implant failure the functionalisation of implant surfaces with strontium is a promising technique. The aim of the present study was to investigate the effect of locally availible strontium on osteoclastic and osteoblastic cells.

Electrochemically assisted deposition was used to provide strontium substituted struvite coatings on titanium surfaces. The strontium concentration ranged from 6 µg to 487 µg per sample. Growth of osteoclastic cells was investigated by the determination of cell number and cellular activity, as well as microscopical and transcriptional level studies. Osteoblasts were studied by determining cell number and cell activity.

A general suppressing influence of strontium was observed on the differentiation and activity of osteoclasts. The most favourable properties were found for the highest strontium concentration under investigation, because additionally cell proliferation and activity of osteoblasts was not significantly affected.
KW  - Osteoblast
KW  - Strontium
KW  - Struvit
KW  - Galvanische Abscheidung
KW  - Osteoklastendifferenzierung
KW  - strontiumdotierte Struvitschichten
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-191417
ER  - 
TY  - THES
A1  - Will, Pia-Patricia
T1  - Kurzfristiges klinisches und radiologisches Outcome nach Implantation der Knietotalendoprothese des Typs Aequos G1 unter besonderer Berücksichtigung der Patella
T1  - Short-term clinical and radiological follow-up study after implantation of the knee arthroplasty type Aequos G1 with special focus on the patella
N2  - Die Knieendoprothetik ist ein etabliertes Verfahren zur Behandlung der symptomatischen Gonarthose, mit welchem gute Ergebnisse erzielt werden können. Dennoch kommt es in 10-20% zu einer Beschwerdepersistenz und die aseptische Lockerung der Prothesen stellt weiterhin ein Problem dar.
Als mögliche Ursache hierfür wird die unzureichend abgebildete Anatomie und Biomechanik diskutiert. 
Die konvex gekrümmten Femurkondylen sind nicht symmetrisch. Die Krümmungsradien nehmen von dorsal nach ventral zu. Zudem ist die mediale Gelenkfläche des Tibiaplateaus nach kranial konkav und die laterale nach kranial konvex zulaufend. Die Instabilität wird durch das vordere Kreuzband gesichert.  Bei der Bewegung des Kniegelenkes kommt es zu einer Roll/Gleitbewegung zwischen Femur und Tibia.  Bisher gibt es nur wenige Knieendoprothesen, die das natürliche Roll-Gleit-Verhalten des natürlichen Kniegelenkes nachempfinden. Die Aequos G1 Endoprothese berücksichtigt die Besonderheiten (mediolaterale Asymmetrie) und soll so die natürliche Kinematik besser nachempfinden.
Ziel dieser Arbeit war es, Daten vom klinischen und radiologischen Ergebnis nach Implantation der Prothese innerhalb eines Jahres zu erheben. Es wurde Wert gelegt auf die Erfassung von funktionellem Outcome, gesundheitsbezogener Lebensqualität und Probleme der Patella wie dem vorderen Knieschmerz.
Im Zeitraum von 2010 bis 2011 wurden 26 Patienten in einer prospektiven, klinischen Verlaufsstudie erfasst. Es erfolgte eine Untersuchung präoperativ, eine vor Entlassung aus dem Krankenhaus und nach 6 und 12 Monaten. Die Patienten wurden mittels standardisierter Fragebögen befragt und Daten erhoben zu Knee Society Score (KSS), Oxford Knee Score (OKS), Visuelle Analogskala Schmerz (VAS), Kujala- Score, Turba- Score und SF-36. Zudem erfolgten eine klinische Untersuchung und eine standardisierte radiologische Diagnostik.
Das mittlere Alter der Patienten zum Zeitpunkt der Versorgung lag bei 68,77 Jahren (Min. 55 – Max. 83). Der Frauenanteil lag bei 76,92%, der durchschnittliche BMI betrug 31,48kg/m². Insgesamt konnten 22 Patienten nach 12 Monaten inkludiert werden. Eine Patientin war zum Zeitpunkt der Nachuntersuchung verstorben, eine Patientin erschien nicht zur Nachuntersuchung nach 6 Monaten, zwei Patienten erhielten einen sekundären Retropatellarersatz und schieden aus der Studie aus. Bei einer Patientin zeigte sich 12 Monate postoperativ eine Lockerung des Tibiaplateaus, es erfolgte ein Wechsel der tibialen Komponente. Eine Patientin klagte nach 6 Monaten überstarke, wirbelsäulenbedingte Beinschmerzen.
Der mittlere Bewegungsumfang besserte sich nicht signifikant. Er betrug präoperativ 106,68° (±22,86°) und nach 12 Monaten 113,18° (±8,67°). Sowohl die VAS, als auch der KSS, der OKS und der Kujala-Score waren 12 Monate postoperativ hochsignifikant besser als präoperativ. Die berechnete körperliche Summenskala des SF-36 war ebenfalls hoch signifikant besser als präoperativ. Die Daten der psychischen Summenskala waren signifikant besser als präoperativ.
Der subjektive Teil des Turba-Scores war hoch signifikant besser als präoperativ. Im objektiven Teil zeigte sich keine signifikante Besserung. 
Insgesamt zeigten sich gute postoperative Ergebnisse nach Implantation der Aequos G1 Endoprothese nach einem Jahr mit signifikanter Verbesserung der Funktions- und Schmerzscores sowie der individuellen Gesundheitswahrnehmung. Im Vergleich mit den Ergebnissen der verfügbaren Literatur, scheint die Prothese nicht unterlegen.
Abzuwarten bleibt, ob sich die guten Ergebnisse langfristig bestätigen.
N2  - Total knee arthroplasty is an accepted treatment of the symptomatically knee osteoarthritis with good results. But there are still 10-20% of patients with persistent disorders and the aseptic loosening of the prosthesis is still a problem.
The inadequately depicted anatomy und biomechanics are discussed as possible reasons. 
The convex femoral condyles are asymmetrical. From dorsal to ventral the curvature radius increases. Furthermore the medial tibial plateau is concave whereas the lateral tibial plateau is convex. This instability is secured by the anterior cruciate ligament. During knee movement there is a roll/ glide movement between the femur and tibia. Until now there are only a few knee prosthesis trying to transfer this natural rolling and gliding mechanisms of the nature knee. The Aequos G1 Endoprothesis consider these specials (mediolateral asymmetry) and shall better transfer the natural kinematics. 
This paper was set up to get clinical and radiological results after the implantation of the total knee arthroplasty type Aequos G1 during one year follow up. There was a special attention to physical function, health-related quality of life and patella problems as the anterior knee pain.
During 2010 and 2011 26 patients were included to the prospective, clinical study. Patients were evaluated preoperatively, bevor leaving hospital and after 6 and 12 months. The evaluation took place with standardized Questionnaires of the knee society score (KSS), the oxford knee score (OKS), the Visual Analog Scale (VAS), the Kujala-Score (KS), Turba Score (TS) and the SF-36. Furthermore there was a clinical examination and a standardized radiological diagnostics.
The mean age at operation was 68,77 years (Min. 55 – Max. 83). The percentage of women was 76,92%, the mean BMI was 31,48kg/m². After 12 months 22 patients could be included. One patient died during follow-up, one patient refused to come to the six months follow-up examination, two patients were revised because of a secondary retro patellar arthrosis. There was one revision because of an aseptic loosening of the tibial plateau. One patient complained about severe leg pain caused by spine reasons.
The mean range of motion didn’t change significantly. It was preoperatively 106,68° (±22,86°) and after 12 months 113,18° (±8,67°). The VAS, KSS, OKS and Kujala score improved highly significantly 12 months after operation. The Physical Component Summary of the SF 36 also improved highly significantly after operation. The data of the Mental Component Summary were significantly better as preoperative. The subjective part of the Turba score was highly significantly better as preoperative. There was no significant improvement in the objective part.
Good postoperative results were observed after the implantation of the Aequos G1 prosthesis at one year follow up with significant better function and pain scores as well as the health-related quality of life. In comparison to the available literature, the prosthesis does not seem inferior.
It remains to be seen whether the good results will be confirmed in the long term.
KW  - Kniegelenksendoprothese
KW  - Aequos G1
KW  - Kinematik
KW  - Roll-Gleit-Mechanismus
KW  - kinematics
KW  - rolling and gliding mechanisms
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-190794
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wilfert, Stefan
T1  - Rastertunnelmikroskopische und -spektroskopische Untersuchung von Supraleitern und topologischen Supraleitern
T1  - Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy Study of Superconductors and Topological Superconductors
N2  - Quantencomputer können manche Probleme deutlich effizienter lösen als klassische Rechner. Bisherige Umsetzungen leiden jedoch an einer zu geringen Dekohärenzzeit, weshalb die Lebenszeit der Quantenzustände einen limitierenden Faktor darstellt. Topologisch geschützte Anregungen, wie Majorana-Fermionen, könnten hingegen dieses Hindernis überwinden. Diese lassen sich beispielsweise in topologischen Supraleitern realisieren. Bis zum jetzigen Zeitpunkt existieren nur wenige Materialien, die dieses Phänomen aufweisen. Daher ist das Verständnis der elektronischen Eigenschaften für solche Verbindungen von großer Bedeutung.

In dieser Dissertation wird die Koexistenz von Supraleitung an der Probenoberfläche und topologischem Oberflächenzustand (engl. topological surface state, TSS) auf potentiellen topologischen Supraleitern überprüft. Diese beiden Bedingungen sind essentiell zur Ausbildung von topologischer Supraleitung in zeitumkehrgeschützten Systemen. Hierzu wird mittels Landaulevelspektroskopie und Quasiteilcheninterferenz das Vorhandensein des TSS am Ferminiveau auf Tl$_{x}$Bi$_{2}$Te$_{3}$ und Nb$_{x}$Bi$_{2}$Se$_{3}$ verifiziert, die mittels Transportmessungen als supraleitend identifiziert wurden. Anschließend folgen hochaufgelöste Spektroskopien an der Fermienergie, um die supraleitenden Eigenschaften zu analysieren.

Zur Interpretation der analysierten Eigenschaften wird zu Beginn der Ni-haltige Schwere-Fermion-Supraleiter TlNi$_{2}$Se$_{2}$ untersucht, der eine vergleichbare Übergangstemperatur besitzt. Anhand diesem werden die gängigen Messmethoden der Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie für supraleitende Proben vorgestellt und die Leistungsfähigkeit der Messapparatur demonstriert. Im Einklang mit der Literatur zeigt sich ein $s$-Wellencharakter des Paarungsmechanismus sowie die Formation eines für Typ~II-Supraleiter typischen Abrikosov-Gitters in schwachen externen Magnetfeldern.

Im folgenden Teil werden die potentiellen topologischen Supraleiter Tl$_{x}$Bi$_{2}$Te$_{3}$ und Nb$_{x}$Bi$_{2}$Se$_{3}$ begutachtet, für die eindeutig ein TSS bestätigt wird. Allerdings weisen beide Materialien keine Oberflächensupraleitung auf, was vermutlich durch eine Entkopplung der Oberfläche vom Volumen durch Bandverbiegung zu erklären ist. Unbeabsichtigte Kollisionen der Spitze mit der Probe führen jedoch zu supraleitenden Spitzen, die wesentlich erhöhte Werte für die kritische Temperatur und das kritische Feld zeigen.

Der letzte Abschnitt widmet sich dem supraleitenden Substrat Nb(110), für den der Reinigungsprozess erläutert wird. Hierbei sind kurze Heizschritte bis nahe des Schmelzpunktes nötig, um die bei Umgebungsbedingungen entstehende Sauerstoffrekonstruktion effektiv zu entfernen. Des Weiteren werden die elektronischen Eigenschaften untersucht, die eine Oberflächenresonanz zum Vorschein bringen. Hochaufgelöste Messungen lassen eine durch die BCS-Theorie gut repräsentierte Struktur der supraleitenden Energielücke erkennen. Magnetfeldabhängige Experimente offenbaren zudem eine mit der Kristallstruktur vereinbare Anisotropie des Paarungspotentials. Mit diesen Erkenntnissen kann Nb(110) zukünftig als Ausgang für das Wachstum von topologischen Supraleitern herangezogen werden.
N2  - Quantum computers are able to solve certain problems a lot more efficiently than classical processors. However, current realizations lack of a suitable decoherence \mbox{time} resulting in insufficient lifetimes of quantum states as the major limiting factor. Topological protected excitations such as Majorana fermions living in topological superconductors show great potential to overcome this obstacle. Since there exists only a small amount of materials with these characteristics the understanding of the electronic properties of such compounds is very important.

In this thesis, the coexistence of a topological surface state (TSS) and superconductivity at the sample's surface of potential topological superconductors is studied. These two conditions must be fulfilled for the formation of topological superconductivity in time reversal invariant systems. For this purpose, Landau level spectroscopy and quasiparticle interference are carried out on  Tl$_{x}$Bi$_{2}$Te$_{3}$ und Nb$_{x}$Bi$_{2}$Se$_{3}$ to verify the TSS at the Fermi energy. Transport measurements showed superconductivity in the bulk for both materials. High resolution spectroscopy experiments at the Fermi energy are performed to analyze the superconductivity.

For interpretation of these data, we study the Ni-based heavy fermion superconductor TlNi$_{2}$Se$_{2}$ with a comparable transition temperature to the above mentioned compounds. In this context, the common measuring methods of scanning tunneling microscopy and spectroscopy for superconducting samples are presented and the performance capability of our experimental setup is demonstrated. In consistence with the literature, we find an $s$-wave pairing mechanism and the formation of an Abrikosov lattice typical for type~II superconductors in small external fields.

The following part of this work is the investigation of the potential topological superconductors Tl$_{x}$Bi$_{2}$Te$_{3}$ und Nb$_{x}$Bi$_{2}$Se$_{3}$ that clearly confirm the presence of a TSS on both materials. No surface superconductivity can be discovered on both compounds presumably caused due to band bending thus leading to a decoupling of the surface from the bulk. However, unintentional collisions between tip and sample lead to the formation of superconducting tips with considerably higher values for the critical temperature and field as compared to the bulk results.

In the last paragraph, the superconducting substrate Nb(110) is characterized. Firstly, a cleaning procedure including flashing the sample to temperatures close to the melting point is necessary to remove the oxygen reconstruction that has been formed at ambient conditions. A surface resonance is found upon analyzing the electronic properties.

High resolution spectroscopy measurements lead to a superconducting gap in good agreement with the BCS theory. Additionally, magnetic field dependent experiments show an anisotropy of the pair potential accordingly to the crystal symmetry. These findings confirm that Nb(110) shows great potential as a superconducting substrate for growing topological superconductors in the future.
KW  - Supraleitung
KW  - Topologischer Isolator
KW  - Rastertunnelmikroskop
KW  - Supraleiter 2. Art
KW  - Topologische Supraleitung
KW  - Rastertunnelspektroskopie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180597
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wilde, Sabrina
T1  - Einsatz von mechanistischen Biomarkern zur Charakterisierung und Bewertung von \(in\) \(vitro\) Genotoxinen
T1  - Use of mechanistic biomarkers for the characterization and evaluation of \(in\) \(vitro\) genotoxins
N2  - Die verfügbaren in vitro Genotoxizitätstests weisen hinsichtlich ihrer Spezifität und ihres Informationsgehalts zum vorliegenden Wirkmechanismus (Mode of Action, MoA) Einschränkungen auf. Um diese Mängel zu überwinden, wurden in dieser Arbeit zwei Ziele verfolgt, die zu der Entwicklung und Etablierung neuer in vitro Methoden zur Prüfung auf Genotoxizität in der Arzneimittelentwicklung beitragen.
1.	Etablierung und Bewertung einer neuen in vitro Genotoxizitätsmethode (MultiFlow Methode)
Die MultiFlow Methode basiert auf DNA-schadensassoziierten Proteinantworten von γH2AX (DNA-Doppelstrangbrüche), phosphorylierten H3 (S10) (mitotische Zellen), nukleären Protein p53 (Genotoxizität) und cleaved PARP1 (Apoptose) in TK6-Zellen. Insgesamt wurden 31 Modellsubstanzen mit dem MultiFlow Assay und ergänzend mit dem etablierten Mikrokerntest (MicroFlow MNT), auf ihre Fähigkeit verschiedene MoA-Gruppen (Aneugene/Klastogene/Nicht-Genotoxine) zu differenzieren, untersucht. Die Performance der „neuen“ gegenüber der „alten“ Methode führte zu einer verbesserten Sensitivität von 95% gegenüber 90%, Spezifität von 90% gegenüber 72% und einer MoA-Klassifizierungsrate von 85% gegenüber 45% (Aneugen vs. Klastogen).
2.	Identifizierung mechanistischer Biomarker zur Klassifizierung genotoxischer Substanzen
Die Analyse 67 ausgewählter  DNA-schadensassoziierter Gene in der QuantiGene Plex Methode zeigte, dass mehrere Gene gleichzeitig zur MoA-Klassifizierung beitragen können. Die Kombination der höchstrangierten Marker BIK, KIF20A, TP53I3, DDB2 und OGG1 ermöglichte die beste Identifizierungsrate der Modellsubstanzen. Das synergetische Modell kategorisierte 16 von 16 Substanzen korrekt in Aneugene, Klastogene und Nicht-Genotoxine. Unter Verwendung der Leave-One-Out-Kreuzvalidierung wurde das Modell evaluiert und erreichte eine Sensitivität, Spezifität und Prädiktivität von 86%, 83% und 85%. Ergebnisse der traditionellen qPCR Methode zeigten, dass Genotoxizität mit TP53I3, Klastogenität mit ATR und RAD17 und oxidativer Stress mit NFE2L2 detektiert werden kann.
Durch die Untersuchungen von posttranslationalen Modifikationen unter Verwendung der High-Content-Imaging-Technologie wurden mechanistische Assoziationen für BubR1 (S670) und pH3 (S28) mit Aneugenität, 53BP1 (S1778) und FANCD2 (S1404) mit Klastogenität, p53 (K373) mit Genotoxizität und Nrf2 (S40) mit oxidativem Stress identifiziert.
Diese Arbeit zeigt, dass (Geno)toxine unterschiedliche Gen- und Proteinveränderungen in TK6-Zellen induzieren, die zur Erfassung mechanistischer Aktivitäten und Einteilung (geno)toxischer MoA-Gruppen (Aneugen/Klastogen/ Reaktive Sauerstoffspezies) eingesetzt werden können und daher eine bessere Risikobewertung von Wirkstoffkandidaten ermöglichen.
N2  - Available in vitro genotoxicity tests have limitations regarding their specificity and mode of action (MoA) information. To overcome these shortages, two objectives were pursued in this work to develop and establish new in vitro tools for genotoxicity testing.
1.	Establishment and evaluation of a novel in vitro genotoxicity method (MultiFlow  method)
The MultiFlow method is based on DNA damage-related protein responses of γH2AX (DNA double-strand breaks), phosphorylated H3 (S10) (mitotic cells), nuclear protein p53 (genotoxicity) and cleaved PARP1 (apoptosis) in TK6 cells. In total, 31 model substances were studied flow cytometrically in the MultiFlow assay - and also with the well-established micronucleus test (MicroFlow MNT) - for their ability to classify across MoA groups: aneugens, clastogens and non-genotoxicants. The performance of the new method resulted in an improved sensitivity of 95% to 90%, specificity of 90% to 72% and a MoA classification rate of 85% to 45% (aneugen vs. clastogen). 
2. Identification of mechanistic biomarkers for the characterization of genotoxicants
The analysis of 67 selected DNA-damage associated genes using the QuantiGene Plex method showed that a combinaten of genes can contribute to MoA classification. The combination of the highest-ranked markers (BIK, KIF20A, TP53I3, DDB2 and OGG1) highlighted the best identification rate of model substances. The synergistic statistic tool correctly categorized 16 of 16 substances into aneugens, clastogens and non-genotoxicants. By using leave-one out cross validation, the model was evaluated and achieved a sensitivity, specificity and predictivity of 86%, 83%, 85% respectively. 
Follow-up with qPCR was conducted and revealed associations with TP53I3 for genotoxicity, ATR and RAD17 for clastogenicity and NFE2L2 for oxidative stress. 
By investigating posttranslational modifications using high-content imaging, associations for BubR1 (S670) and pH3 (S28) with aneugenicity, 53BP1 (S1778) and FANCD2 (S1404) with clastogenicity, p53 (K373) with genotoxicity and Nrf2 (S40) with oxidative stress were found to be further useful for MoA identification.
This work demonstrates that genotoxicants and non-genotoxicants induce different gene- and protein expression changes in the TK6 cells that can be used to classify the MoA groups (aneugen/clastogen/non-genotoxicant/reactive oxygen species), thus enabling better risk assessment of potential drug candidates.
KW  - Genotoxizität
KW  - Genotoxicitiy
KW  - Klastogene
KW  - Aneugene
KW  - Biomarker
KW  - Klassifizierung
KW  - clastogens
KW  - aneugens
KW  - biomarker
KW  - classification
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-182782
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TY  - THES
A1  - Wiesbeck, Christina
T1  - Fabrication and characterization of NCO-sP(EO-stat-PO)- crosslinked and functionalized electrospun gelatin scaffolds for tissue engineering applications
T1  - Herstellung und Charakterisierung von elektrogesponnenen Nanofasern aus Gelatine und NCO-sP(EO-stat-PO) für Tissue Engineering Anwendungen
N2  - In Tissue Engineering, scaffolds composed of natural polymers often show a distinct lack in stability. The natural polymer gelatin is highly fragile under physiological conditions, nevertheless displaying a broad variety of favorable properties. The aim of this study was to fabricate electrospun gelatin nanofibers, in situ functionalized and stabilized during the spinning process with highly reactive star polymer NCO-sP(EO-stat-PO) (“sPEG”). A spinning protocol for homogenous, non-beaded, 500 to 1000 nm thick nanofibers from different ratios of gelatin and sPEG was successfully established. Fibers were subsequently characterized and tested with SEM imaging, tensile tests, water incubation, FTIR, EDX, and cell culture. It was shown that adding sPEG during the spinning process leads to an increase in visible fiber crosslinking, mechanical stability, and stability in water. The nanofibers were further shown to be biocompatible in cell culture with RAW 264.7 macrophages.
N2  - Tissue Engineering Scaffolds aus natürlichen Polymeren zeigen häufig mangelnde Stabilität, insbesondere unter physiologischen Bedingungen. Das natürliche Polymer Gelatine besitzt einige sehr vorteilhafte Eigenschaften für die Anwendung bei der Produktion künstlicher Körpergewebe. Beim Einsatz im menschlichen Organismus ist die Gelatine durch ihre Wasserlöslichkeit höchst fragil. Das Ziel dieser Arbeit war die Herstellung von Nanofaser-Scaffolds aus Gelatine mittels Elektrospinning und deren in situ Stabilisierung durch das Sternpolymer NCO-sP(EO-stat-PO) („sPEG“). Zunächst wurde ein Spinningprotokoll zur Fabrikation homogener, glatter, 500 bis 1000 nm dicker Nanofasern in verschiedenen Verhältnissen von Gelatine und sPEG erarbeitet. Mittels REM Bildgebung, Zugversuchen, Wasserinkubationsversuchen, FTIR, EDX und Zellkultur wurden die Fasern untersucht und charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Zugabe von sPEG während des Spinningprozesses zu einer sichtbaren Quervernetzung der Fasern, sowie zu einem Anstieg der mechanischen Festigkeit und der Wasserstabilität führt. Des Weiteren wurde die Biokompatibilität der Nanofasern in der Zellkultur mit RAW 264.7 Makrophagen belegt.
KW  - Tissue Engineering
KW  - Electrospinning
KW  - Gelatine
KW  - Polyethylenglykole
KW  - NCO-sP(EO-stat-PO)
KW  - sPEG
KW  - starPEG
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-190988
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wermser, Charlotte
T1  - Morphology, regulation and interstrain interactions in a new macrocolony biofilm model of the human pathogen \(Staphylococcus\) \(aureus\)
T1  - Morphologie, Regulation und stammübergreifende Wechselwirkungen in einem neuen Makrokolonie-Biofilmmodell des Humanpathogens \(Staphylococcus\) \(aureus\)
N2  - The role of multicellularity as the predominant microbial lifestyle has been affirmed by studies on the genetic regulation of biofilms and the conditions driving their formation. Biofilms are of prime importance for the pathology of chronic infections of the opportunistic human pathogen Staphylococcus aureus.
The recent development of a macrocolony biofilm model in S. aureus opened new opportunities to study evolution and physiological specialization in biofilm communities in this organism. In the macrocolony biofilm model, bacteria form complex aggregates with a sophisticated spatial organization on the micro- and macroscale. The central positive and negative regulators of this organization in S. aureus are the alternative sigma factor σB and the quorum sensing system Agr, respectively. Nevertheless, nothing is known on additional factors controlling the macrocolony morphogenesis.
In this work, the genome of S. aureus was screened for novel factors that are required for the development of the macrocolony architecture. A central role for basic metabolic pathways was demonstrated in this context as the macrocolony architecture was strongly altered by the disruption of nucleotide and carbohydrate synthesis. Environmental signals further modulate macrocolony morphogenesis as illustrated by the role of an oxygen-sensitive gene regulator, which is required for the formation of complex surface structures. A further application of the macrocolony biofilm model was demonstrated in the study of interstrain interactions. The integrity of macrocolony communities was macroscopically visibly disturbed by competitive interactions between clinical isolates of S. aureus.
The results of this work contribute to the characterization of the macrocolony biofilm model and improve our understanding of developmental processes relevant in staphylococcal infections. The identification of anti-biofilm effects exercised through competitive interactions could lead to the design of novel antimicrobial strategies targeting multicellular bacterial communities.
N2  - Die Rolle von Multizellularität als der vorherrschende mikrobielle Lebensstil wurde durch Studien über die genetische Steuerung von Biofilmen und über Biofilmbildung-fördernde Bedingungen bestätigt. Biofilme sind wichtige Faktoren in der Pathogenese chronischer Infektionen durch das opportunistische Humanpathogen Staphylococcus aureus.
Die kürzlich erfolgte Entwicklung eines Makrokolonie-Biofilmmodells für S. aureus eröffnet neue Möglichkeiten evolutionäre Entwicklungen und die physiologische Spezialisierung in bakteriellen Gemeinschaften zu untersuchen. Im Makrokolonie-Biofilmmodell bilden Bakterien komplexe Aggregate, die sich durch eine hochentwickelte räumliche Organisation auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene auszeichnen. Die positiven und negativen Hauptregulatoren dieser Organisation sind der alternative Sigmafaktor σB sowie das Quorum sensing System Agr. Dennoch sind weitere Faktoren, die die Morphogenese der Makrokolonien steuern, unbekannt.
In dieser Arbeit wurde das Genom von S. aureus im Hinblick auf neue Faktoren, die für die Entwicklung der Makrokoloniearchitektur nötig sind, analysiert. Dabei wurde belegt, dass zentrale Stoffwechselwege eine zentrale Rolle spielen. Störungen der Nukleotid- und Kohlenhydrat-Synthese hatten starke Auswirkungen auf die Makrokoloniearchitektur. Weiterhin wurde anhand eines Sauerstoff-sensitiven Genregulators, der für die Ausbildung von Oberflächenstrukturen nötig ist, demonstriert, wie die Morphogenese der Makrokolonien durch Umweltsignale moduliert wird. Das Makrokolonie-Biofilmmodell fand weitere Anwendung in der Untersuchung von stammübergreifenden Interaktionen. Die Integrität der Makrokolonie-Biofilme wurde durch die Wechselwirkungen in Konkurrenz stehender klinischer Isolate stark herabgesetzt.
Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen zur Charakterisierung des Makrokolonie-Biofilmmodells bei und geben Einsicht in Entwicklungsprozesse, die während Staphylokokken-Infektionen ablaufen. Die Beschreibung der negativen Beeinflussung der Biofilme durch bakterielle Wechselwirkungen könnte zur Entwicklung neuer antimikrobieller Strategien, die gezielt gegen multizelluläre bakterielle Gemeinschaften wirksam sind, beitragen.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Biofilm
KW  - MRSA
KW  - macrocolony
KW  - interactions
KW  - biofilm architecture
KW  - Makrokolonie
KW  - Wechselwirkungen
KW  - Biofilmarchitektur
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165931
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wenzel, Martina
T1  - Aufmerksamkeitsprozesse und Emotionsregulationsmechanismen in der bipolaren Störung
T1  - Attentional bias and emotion regulation strategies in bipolar disorder
N2  - Neben Stimmungsschwankungen leiden viele bipolare Patienten unter kognitiven Beeinträchtigungen. Dies ist von hoher Relevanz, da neuropsychologische Defizite zur Aufrechterhaltung der bipolaren Störung beitragen können. Unsere Studie widmete sich zum einen der Untersuchung verzerrter Aufmerksamkeitsprozesse als auch der Erfassung dysfunktionaler Emotionsregulationsstrategien in der bipolaren Störung. Da es uns besonders interessierte, ob diese dysfunktionalen Prozesse im euthymen Intervall bestehen bleiben, rekrutierten wir akut depressive als auch euthyme bipolare Patienten. Weiterhin untersuchten wir, ob der Aspekt der prädominanten Polarität einen Einfluss auf die Informationsverarbeitung und Emotionsregulation haben könnte. 
Zur Erfassung selektiver Aufmerksamkeitsprozesse verwendeten wir eine Dot-Probe-Aufgabe. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass bei den akut depressiven bipolaren Patienten deutliche Defizite im Reaktionsvermögen vorlagen. Bei den euthymen Patienten mit manischer Polarität fand sich überraschenderweise ein Bias weg von positiven Stimuli, was möglicherweise als Schutzmechanismus vor potentiellen Triggern einer Manie interpretiert werden kann. 
Um zu testen, ob sich bipolare Patienten in den Emotionsregulationsstrategien von gesunden Kontrollpersonen unterscheiden, wurden zwei verschiedene Fragebögen eingesetzt. In der Auswertung zeigte sich, dass nicht nur akut depressive Patienten, sondern auch remittierte Patienten zu dysfunktionalen Emotionsregulationsstrategien neigten und dass die euthymen Probanden mit depressiver bzw. manischer Polarität in unterschiedlichen Emotionsregulationsstrategien von gesunden Probanden abwichen.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Defizite in der selektiven Aufmerksamkeit und in der Emotionsregulation nicht nur in der akuten Krankheitsphase, sondern auch im „gesunden Intervall“ vorhanden sind. Darüber hinaus liefert die Studie erste Hinweise darauf, dass sich Patienten mit depressiver und manischer Polarität in der Informationsverarbeitung emotionaler Stimuli als auch in Emotionsregulationsstrategien unterscheiden.
N2  - An increasing amount of empirical evidence has documented that many patients with bipolar disorder show significant neurocognitive deficits and that these deficits have been associated with a longer illness duration. This experimental study examined the nature of attentional biases as well as the use of emotion regulation strategies in bipolar disorder. We included patients in the depressive phase of their illness and in remission because we were particularly interested in investigating the presence of dysfunctional processes during euthymic phases. Furthermore, we examined the aspect of predominant polarity regarding information processing and emotion regulation. 
In the current study we used a dot-probe task to examine attentional biases. We demonstrated that patients in the depressive state of the illness had slower reaction times than healthy controls. Surprisingly, the euthymic patients with manic predominant polarity showed a bias away from positive stimuli, suggesting that there might be a ‘protective bias’ for potential triggers of a relapse into mania.
To examine differences in emotion regulation strategies we used two different questionnaires. Findings indicated that not only bipolar depressed patients but also euthymic patients displayed an increased use of maladaptive strategies and that euthymic patients with depressive and manic predominant polarity differed in different emotion regulation strategies from healthy controls. 
Overall, the study demonstrated that information-processing deficits and dysfunctional emotion regulation strategies are not restricted to bipolar patients in their acute state of the illness, but also persist during remission as vulnerability factors. Furthermore, the results provide some evidence to suggest that patients with depressive and manic predominant polarity differ significantly in information processing and emotion regulation strategies.
KW  - Manisch-depressive Krankheit
KW  - Emotionsregulation
KW  - Aufmerksamkeit
KW  - bipolar disorder
KW  - Aufmerksamkeitsverzerrung
KW  - attentional bias
KW  - dot-probe
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189638
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wendler, Julia Stefanie
T1  - Klinische Präsentation, Prognose und Therapie des anaplastischen Schilddrüsenkarzinoms – Entwurf und Auswertung einer multizentrischen Registerstudie
T1  - Clinical presentation, treatment and outcome of anaplastic thyroid carcinoma: results of a multicenter study in Germany
N2  - Das anaplastische Schilddrüsenkarzinom ist eine seltene Erkrankung mit schlechter Prognose. Standardtherapieempfehlungen sind nicht etabliert. 
Das Ziel dieser Arbeit war eine multizentrische Datenbank für seltene maligne Schilddrüsen- und Nebenschilddrüsentumoren in Deutschland zu entwerfen und in einem zweiten Schritt sowohl die klinische Präsentation, gegenwärtig eingesetzte Therapieregime und das Überleben des anaplastischen Schilddrüsenkarzinoms in Deutschland zu beschreiben, als auch klinische und therapieassoziierte Faktoren zu identifizieren, welche mit besserer Prognose verbunden waren. 
Insgesamt wurden 129 Patienten mit anaplastischem Schilddrüsenkarzinom, die zwischen 2000 und 2018 an fünf deutschen Kliniken mit Schwerpunktversorgung diagnostiziert wurden, in die Analyse eingeschlossen. Das krankheitsspezifische Überleben (KSÜ) wurde mit Kaplan-Meier-Kurven und dem log-rank-Test verglichen; Risikofaktoren wurden mit Cox-Regression identifiziert. 
Retrospektiv betrug das 6-Monats-, 1-Jahres- und 5-Jahres KSÜ 33, 23 und 5%. Das 6-Monats-KSÜ betrug 70, 52 und 22% für Stadium IVA, B und C. 26% der Patienten überleben ein Jahr und länger. In einer multivariaten Analyse des KSÜ zeigten sich Alter ≥70 Jahre, die lokal inkomplette Resektion, das Fehlen eines differenzierten Tumoranteils und das Vorhandensein von Fernmetastasen bei Erstdiagnose als signifikant mit längerem Überleben assoziiert. Bezüglich therapieassoziierter Faktoren zeigten sich in einer univariaten Analyse die lokale Strahlentherapie ≥40 Gy im Stadium IVB (p=0,020) sowie ebendiese und jegliche Form der medikamentösen Therapie in Stadium IVC (p=0,028 und <0,0001) signifikant mit längerem Überleben assoziiert. Ein multimodales Therapieregime war signifikant mit einem Überlebensvorteil in Stadium IVB und IVC (IVC: HR 0,1; 95%-KI 0,04-0,27; p<0,0001) verbunden. 
Die Prognose des anaplastischen Schilddrüsenkarzinoms ist weiterhin schlecht. Die gefundenen Assoziationen von Therapieregimen mit verlängertem KSÜ liefern eine Rationale für deren Einsatz in der Standardbehandlung dieser Patienten. Multizentrische Forschungsstrukturen sollten weiter angestrebt werden um die Therapie des anaplastischen Schilddrüsenkarzinoms zu verbessern.
N2  - Anaplastic thyroid carcinoma (ATC) is an orphan disease and confers a dismal prognosis. Standard treatment is not established.
The aim of this study was to design a German multicenter database for rare malignant tumors of the thyroid and parathyroid gland and subsequently to describe clinical characteristics, current treatment regimens and outcome of ATC in Germany as well as to identify clinical prognostic markers and treatment factors associated with improved prognosis.
A total of 129 ATC patients, diagnosed between 2000 and 2018 at five German tertiary care centers, were included in the analysis. Disease-specific survival (DSS) was compared with the Kaplan-Meier method and log-rank test; Cox proportional hazard model was used to identify risk factors.
The 6-month, 1-year and 5-year DSS rates were 33, 23 and 5%, respectively. Stage-dependent DSS at 6 months was 70, 52 and 22% for stage IVA, B and C. 26% of patients survived >1 year. Multivariate analysis of DSS identified age ≥70 years, incomplete local resection status, the absence of a differentiated thyroid carcinoma part in the tumor and the presence of distant metastasis at primary diagnosis as significant risk factors associated with shorter survival. Univariate analysis identified external beam radiation therapy (ERBT) ≥40 Gy in stage IVB (p=0.020) and ERBT and any kind of chemotherapy in stage IVC (p=0.028 and <0.0001) as therapeutic factors associated with longer survival. A multimodal treatment regimen was significantly associated with a survival benefit only in IVB and IVC (IVC: HR 0.1; 95%-CI 0.04-0.27; p<0.0001) patients.
Survival is still poor in ATC. Treatment factors associated with improved DSS provide a rationale to devise treatment pathways for routine care. Collaborative research structures should be aimed to advance treatment of ATC.
KW  - Seltene Krankheit
KW  - Schilddrüsenkrebs
KW  - Anaplastisches Schilddrüsenkarzinom
KW  - multizentrische Studie
KW  - Anaplastic Thyroid Carcinoma
KW  - multicenter study
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189855
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wellner, Mirjam
T1  - T-Zell-Charakterisierung im peripheren Blut bei Kindern mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen
T1  - Peripheral Blood T Cell Characterization in Children with Inflammatory Bowel Disease
N2  - Die Inzidenz von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED), insbesondere von Morbus Crohn (MC), nimmt weltweit zu, was auch eine Vielzahl an Kindern betrifft. Obwohl die Krankheit in den letzten Jahrzehnten Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten war, ist die Pathogenese nicht abschließend geklärt.
Diese Arbeit vergleicht T-Zellen gesunder pädiatrischer Probanden mit T-Zellen pädiatrischer CED Patienten mittels Flowcytometrie unter Berücksichtigung von Differenzierungsstadium, Krankheitsaktivität, Therapie und CMV-Status.
Die Verteilung der T-Zell-Subpopulationen zeigt keine signifikanten Unterschiede zwischen Patienten und Kontrollen, jedoch zeigen sich für TH1 und TH17 Zellen Unterschiede zwischen MC Patienten und Kontrollen, welche auch mit Krankheitsaktivität und Therapie korrelieren. Der Anteil von CXCR3+ Zellen ist innerhalb der CD4+ Memory-Populationen und innerhalb der CD8+ Memory- und Effektor-Populationen bei MC Patienten – vor allem mit aktiver Erkrankung bzw. ohne Therapie – deutlich geringer als bei Kontrollen. Gleichzeitig zeigt sich der Anteil an CCR6+ Zellen sowie der Anteil an IL 17+CCR6+ Zellen bei MC Patienten in Remission sowie unter Therapie mit TNFα-Blockern höher als bei Kontrollen. Zudem sind die Effektor-Zell-Gleichgewichte bei MC zugunsten von TH17 Zellen verschoben. Somit unterstützt die Arbeit die weitverbreitete Hypothese einer gesteigerten TH17-Antwort bei MC. Auch zeigt sich eine Verminderung der TH1-Zellen im peripheren Blut bei aktiv erkrankten MC Patienten im Vergleich zu Kontrollen, was sich möglicherweise durch eine Abwanderung oder Umwandlung dieser Zellen bei aktivem MC erklären lässt.
Desweiteren zeigt sich, dass CED Patienten eine verstärkte Neigung zur vorzeitigen Immunoseneszenz aufzuweisen scheinen, was durch eine latente CMV-Infektion nochmals verstärkt erscheint. Einige CMV-assoziierte Veränderungen der T-Zell-Differenzierung, wie z.B. die CD45RA-Reexpression sowie die TNFα- und IFNγ-Mehrexpression, zeigen sich bei CMV+ CED Patienten zudem ausgeprägter als bei CMV+ Kontrollen. Interessant ist daher, dass CMV+ Probanden und CED Patienten Veränderungen aufweisen, die sich teilweise zu addieren scheinen.
N2  - There is a globally increasing incidence of Inflammatory Bowel Disease (IBD), especially of Crohn’s disease, which can also be seen in children. Despite the disease being studied intensively over the recent decades, the pathogenesis is not yet completely understood.
This study compares t cells isolated from pediatric IBD patients with those of healthy donors using flow cytometry and taking into account cell differentiation status, disease activity, current therapeutic regime and the donor’s CMV status.
T cell subsets show no significant distributional differences between patients and controls. However, TH1 and TH17 cells show differences between patients with Crohn’s disease and controls, which correlate with disease activity and therapy. The proportion of CXCR3+ cells is reduced within CD4+ memory subsets and CD8+ memory and effector subsets, especially in patients with active disease or without therapy. At the same time CCR6+ and IL-17+CCR6+ subsets are increased in patients with Crohn’s disease in remission or under therapy compared to controls. Furthermore, effector cell balances are shifted towards TH17 cells in patients with Crohn’s disease, supporting the widespread hypothesis of an increased TH17 response in Crohn’s disease. Additionally, TH1 cells are diminished in peripheral blood of patients with active Crohn’s disease compared to controls, possibly suggesting a migration of these cells into tissue or a differentiation into other subsets.
As an additional finding, IBD patients exhibited an increased tendency for premature immunosenscence, which was even more distinct in patients with latent CMV infection. Some changes in t cell differentiation commonly attributed to CMV infection, like reexpression of CD45RA and increased expression of TNFα and IFNγ, are more pronounced in CMV positive IBD patients, than in CMV positive healthy donors. Interestingly, the combination of IBD with CMV infection partially add up to more pronounces changes in CD4+ t cells and especially in CD8+ t cells.
KW  - Chronisch-entzündliche Darmerkrankung
KW  - Morbus Crohn
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Colitis ulcerosa
KW  - T-Zelle
KW  - Immunoseneszenz
KW  - Cytomegalievirus
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192424
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TY  - THES
A1  - Weller, Lisa
T1  - How to not act? Cognitive foundations of intentional nonactions
T1  - Wie handelt man nicht? - Kognitive Grundlagen von intentionalen Nichthandlungen
N2  - Human actions are generally not determined by external stimuli, but by internal goals and by the urge to evoke desired effects in the environment. To reach these effects, humans typically have to act. But at times, deciding not to act can be better suited or even the only way to reach a desired effect. What mental processes are involved when people decide not to act to reach certain effects? From the outside it may seem that nothing remarkable is happening, because no action can be observed. However, I present three studies which disclose the cognitive processes that control nonactions.
The present experiments address situations where people intentionally decide to omit certain actions in order to produce a predictable effect in the environment. These experiments are based on the ideomotor hypothesis, which suggests that bidirectional associations can be formed between actions and the resulting effects. Because of these associations, anticipating the effects can in turn activate the respective action. The results of the present experiments show that associations can be formed between nonactions (i.e., the intentional decision not to act) and the resulting effects. Due to these associations, perceiving the nonaction effects encourages not acting (Exp. 1–3). What is more, planning a nonaction seems to come with an activation of the effects that inevitably follow the nonaction (Exp. 4–5). These results suggest that the ideomotor hypothesis can be expanded to nonactions and that nonactions are cognitively represented in terms of their sensory effects. Furthermore, nonaction effects can elicit a sense of agency (Exp. 6–8). That is, even though people refrain from acting, the resulting nonaction effects are perceived as self-produced effects.
In a nutshell, these findings demonstrate that intentional nonactions include specific mechanisms and processes, which are involved, for instance, in effect anticipation and the sense of agency. This means that, while it may seem that nothing remarkable is happening when people decide not to act, complex processes run on the inside, which are also involved in intentional actions.
N2  - Menschliches Verhalten ist im Allgemeinen nicht reizbestimmt, sondern zielgerichtet und hat die Absicht gewünschte Effekte in der Umwelt hervorzurufen. Häufig müssen Menschen eine Handlung ausführen, um diese Effekte zu erreichen. Manche Effekte können allerdings besser oder sogar nur dann erreicht werden, wenn man sich entscheidet nicht zu handeln. Welche mentalen Prozesse finden aber statt, wenn Menschen sich entscheiden nicht zu handeln? Oberflächlich betrachtet scheint es als würde nichts weiter Bemerkenswertes ablaufen, da keine Handlung zu beobachten ist. In drei Experimentalreihen zeige ich aber die kognitiven Prozesse auf, die das Nichthandeln kontrollieren.
In den vorliegenden Experimenten werden Situationen untersucht, in denen sich Menschen entscheiden nicht zu handeln, um vorhersehbare Effekte zu erzeugen. Die Experimente basieren auf der ideomotorischen Hypothese, die annimmt, dass bidirektionale Assoziationen zwischen Handlungen und den resultierenden Effekten gebildet werden können. Dadurch kann eine Vorstellung der Effekte wiederum die verbundene Handlung hervorrufen. Die Ergebnisse zeigen, dass Assoziationen auch zwischen Nichthandlungen und den daraus resultierenden Effekten gebildet werden können. Diese Assoziationen führen dazu, dass die Wahrnehmung der Effekte selbst die Nichthandlung hervorrufen kann (Exp. 1–3). Außerdem scheint die Planung einer Nichthandlung automatisch eine Vorstellung der assoziierten Effekte zu aktivieren (Exp. 4–5). Diese Befunde legen nahe, dass die ideomotorische Hypothese auch auf Nichthandlungen übertragen werden kann und dass Nichthandlungen kognitiv durch die Effekte, die sie hervorrufen, repräsentiert sind. Darüber hinaus scheinen Menschen ein Verursachungsgefühl (“Sense of Agency”) für die Effekte ihrer Nichthandlungen zu haben (Exp. 6–8). Das bedeutet, dass die resultierenden Effekte (obwohl nicht gehandelt wurde) wie selbsterzeugte Effekte wahrgenommen werden können.
Zusammenfassend zeigen die Experimente, dass intentionale Nichthandlungen von spezifischen Mechanismen und Prozessen begleitet werden, die z.B. bei der Effektantizipation und dem Sense of Agency involviert sind. Obwohl es also von außen so scheint, als würde nichts Bemerkenswertes passieren, wenn Menschen intentional nicht handeln, laufen im Inneren komplexe Prozesse ab wie beim intentionalen Handeln.
KW  - Intention
KW  - Kognition
KW  - Ideomotor Theory
KW  - Sense of Agency
KW  - Intentional Nonaction
KW  - Ideomotorik
KW  - Intentionale Nichthandlung
KW  - Aktionsforschung
KW  - Experimentelle Psychologie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176678
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TY  - THES
A1  - Weißenstein, Annike
T1  - Optische Chemosensoren aus Naphthalin- und Perylenbisimid-Farbstoffen
T1  - Optical Chemosensors from Naphthalene and Perylene Bisimide Dyes
N2  - Die Liste der interessanten nachzuweisenden Analyte ist lang. Deswegen besteht ein großer Bedarf zur Entwicklung neuer fluoreszierender und kolorimetrischer Chemosensoren. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Synthese und Charakterisierung neuer optischer bzw. fluoreszierender und kolorimetrischer Chemosensoren mit dem Fokus auf die beiden Substanzklassen der Naphthalinbisimide und Perylenbisimide.
Der erste Arbeitsschwerpunkt befasste sich mit wasserlöslichen Naphthalinbisimiden und ist in drei Unterkapitel aufgeteilt (Kapitel III – 1.1.-1.3., Abbildung 79). Im ersten Unterkapitel (Kapitel III – 1.1.) wurden die Synthesen und optischen Eigenschaften der am Kern Amino-substituierten NBIs 60a-h, mit Dicarbonsäureresten in Imid-Position und 61a-h, mit 2-Dimethylaminoethyl-Gruppen, in polaren Lösungsmitteln beschrieben. Die systematische Anbringung verschiedener Amino-Substituenten mit steigendem elektronenziehendem Charakter der Aminoreste diente der mechanistischen Aufklärung der optischen Eigenschaften. Eine vollständige Untersuchung der optischen Eigenschaften erfolgte in wässriger Pufferlösung bei pH 2.1 sowie in Methanol und Acetonitril. Der Einfluss der Imid-Substituenten auf die optischen Eigenschaften war wie zu erwarten gering. Die verschiedenen Kern-Substituenten verursachten hingegen eine hypsochrome Verschiebung der Absorptions- und Fluoreszenzmaxima mit steigendem elektronenziehendem Charakter der an der Aminogruppe angebrachten Reste. Ein unerwarteter Trend konnte im Fall der Fluoreszenzquantenausbeute beobachtet werden. In den protischen Lösungsmitteln Wasser und Methanol wurde eine lineare Abhängigkeit gegenüber der Hammett-σmeta-Konstante ermittelt. Mit steigendem elektronenziehendem Charakter der Kern-Amino-Substituenten erfuhr die Quantenausbeute einen Anstieg auf bis zu 39% in Wasser für NBI  60h, 61h und 45% in Methanol für 60h. Die Tatsache, dass in Acetonitril keine solche Abhängigkeit gegenüber der Hammett-Konstante beobachtet werden konnte legte eine intermolekulare Wasserstoffbrücken-Bindung im angeregten Zustand als konkurrierenden Prozess zur Fluoreszenz nahe. Dieser Prozess tritt zwischen den Lösungsmittel-Molekülen und der Akzeptorgruppe (Carbonyl-Sauerstoff) der NBIs, welcher einen strahlungslosen Relaxationsprozess bzw. Fluoreszenzlöschung zur Folge hat, auf. Der Einfluss dieses Prozesses lässt sich durch die Stärke des elektronenziehenden Amino-Substituentens steuern. Die NBIs 60a-h zeigten zudem in potentiometrischen Titrationen in Wasser eine pH-Unabhängigkeit der optischen Eigenschaften bezüglich des Imid-Substituentens. Dies macht die NBIs mit Dicarbonsäureresten für die Anwendung in biologischen Systemen im neutralen pH-Milieu oder als chemische Sensoren besonders geeignet. 
Aufgrund dieser interessanten Befunde wurde im zweiten Unterkapitel (Kapitel III – 1.2.) das dihalogenierte NBI 58 hinsichtlich der Sensoreigenschaften gegenüber primären, sekundären und tertiären Amin- bzw. Diamindampf sowie zur Frischekontrolle von Fleisch untersucht. Die Absorptions- und Fluoreszenz-spektroskopische Untersuchung des Dünnschichtfilms von NBI 58 zeigte die erfolgreiche, selektive Detektion von primären Aminen und Diaminen bzw. biogenen Aminen. Zum einen konnte mit bloßen Auge ein Farbumschlag von gelb nach rot und zum anderen Änderungen in den Absorptionsspektren wie die Entstehung einer neuen bathochrom verschobenen Bande im Dünnschichtfilm beobachtet werden. Die Erhöhung der Fluoreszenz wie auch die NMR-spektroskopische Untersuchung konnte hingegen ausschließlich in Lösung detektiert werden. Hiermit konnte die kovalente Wechselwirkung der Amin-Moleküle mit dem NBI 58 nachgewiesen werden. Trotz der erfolgreichen Detektion biogener Amindämpfe erwies sich NBI 58 aufgrund der zu geringen Reaktivität als ungeeigneter chemischer Sensor zur Frischekontrolle von Fleisch. 
Das dritte und letzte Unterkapitel (Kapitel III – 1.3.) dieses Abschnittes bestand in der Synthese monochlor-monoamino-substituierter NBIs am Kern (65a,b und 66) und der Wechselwirkungen dieser Farbstoffe mit DNS/RNS. Die NBIs 65a,b und 66 wiesen in der Imidstellung 3-Trimethylammoniumpropyl auf, um die Wasserlöslichkeit zu gewährleisten und die elektrostatische Wechselwirkung mit dem negativ geladenen Phosphatrückgrad der DNS/RNS zu bewirken. Am Kern wurden die Aminosäuren (S)-2,3-Diaminopropionsäure (L-Dap) (65a) und (S)-2,6-Diaminohexansäure (L-Lys) (65b) sowie 2-Trimethylammoniumethylamin (66) eingefügt. Die Untersuchungen mit Hilfe von thermischen Denaturierungsstudien zeigten mit allen NBIs eine deutliche Schmelzpunkterhöhung der DNS/RNS (ΔTm-Werte zwischen 17 und 35 °C), was die Bildung von NBI/Polynukleotid-Komplexen nahelegte. Diese Komplex-Bildung konnte erneut aufgrund enormer Fluoreszenzlöschung in fluorimetrischen Titrationsstudien bestätigt werden. Hier wurden Bindungskonstanten zwischen logK = 5.9 und 7.2 M-1 ermittelt, wobei NBI 65a und poly(dG-dC)2 der stärksten Bindungsaffinität und NBI 65a und poly(dA-dT)2 der schwächste zugeordnet werden konnte. Für NBI 66 wurde die zweithöchste Bindungsaffinität zu Polynukleotid ct-DNS (logK = 7.08 M-1) beobachtet, während dieser Farbstoff sowie 65a,b nur geringe Bindungskonstanten mit dem Polynukleotid polyA-polyU zeigten. Mit Hilfe der CD-spektroskopischen Messungen wurde der Bindungsmodus und die Unterschiede in den Bindungseigenschaften der Farbstoffe mit DNS/RNS ermittelt. Der Großteil aller NBI-Verbindungen interkalierte in einer parallelen Anordnung zwischen die Basenpaare der Polynukleotide. Für NBI 65a und poly(dG-dC)2 ließ sich jedoch eine perpendikulare Anordnung zu den Basenpaaren beobachten. ITC-Titrationsstudien komplettierten letztendlich die Untersuchungen zwischen NBIs und Polynukleotiden. Neben Interkalation als Bindungsmodus konnte zusätzlich aufgrund der relativ hohen Entropiewerte eine Wechselwirkung zwischen den Substituenten am Kern und den Phosphatgruppen in der kleinen Furche festgestellt werden. Zusammengefasst sind die sterischen Hinderungen der Amino-Substituenten und die Furcheneigenschaften von ds-DNS/RNS entscheidend.
Der zweite Arbeitsschwerpunkt ist ebenfalls in drei Unterkapitel (Kapitel III – 2.1.-2.3.) aufgeteilt und befasste sich mit der Synthese und den Sensoreigenschaften kernfunktionalisierter Perylenbisimide (Abbildung 80). Im ersten Abschnitt (Kapitel III – 2.1) wurde die Synthese und die optischen Eigenschaften in Lösung der am Kern einfach und zweifach Kronenether-funktionalisierten PBIs 77a,b und 71a,b untersucht. In Imidstellung waren alle PBIs mit 2-Trimethylammoniumethyl-Resten funktionalisiert, um eine Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln zu gewährleisten. Die Buchtpositionen wurden jeweils ein- bzw. zweifach mit den Kronenether-Einheiten 2-Hydroxymethyl-15-Krone-5 und 2-Hydroxymethyl-18-Krone-6 substituiert. Die anschließende Untersuchung der optischen Eigenschaften der PBIs zeigten bei einer Konzentration von 10-5 M in Acetonitril den monomeren Zustand und in Wasser die Ausbildung von H-Aggregaten. Die Fluoreszenzquantenausbeuten erfuhren in Acetonitril mit steigender Kronenether-Ringgröße eine Zunahme von 73% auf 81% für die PBIs 71a,b und eine vernachlässigbare geringe Zunahme von 49% auf 51% für die PBIs 77a,b. Die Abnahme der Quantenausbeute vom zweifach funktionalisierten zum einfach funktionalisierten PBI um ca. 30% ließ sich durch die stärker ausgeprägten strahlungslosen Relaxationsprozesse dieses flexibleren Moleküls im angeregten Zustand erklären. 
Im zweiten Unterkapitel (Kapitel III – 2.2.) wurden die Selbstassemblierungseigenschaften der synthetisierten PBIs 71a,b und 77a,b in Gegenwart verschiedener Metallionen (Na+, K+, Rb+, Mg2+, Ca2+ und Ba2+) untersucht. Hier konnte eine Abhängigkeit von der Größe des Kronenether-Rezeptors sowie von der Art der Metallionen gezeigt werden. Die Absorptions- und Fluoreszenz-spektroskopischen Studien der zweifach funktionalisierten PBIs 71a und 71b bei einer PBI-Konzentration von c = 10-5 M zeigten ausschließlich für das 15-Krone-5-Derivat 71a und Ba2+ eine erfolgreiche Ausbildung von PBI-Stapeln mit H-artiger exzitonischer Kopplung. Aufgrund dessen erfuhr das Absorptionsmaximum eine stetige Abnahme einhergehend mit einer hypsochromen Verschiebung und die Fluoreszenz eine vollständige Löschung. Zudem konnte eine 1:1-Stöchiometrie der PBI-Stapeln ermittelt werden. Die Anpassung der spektroskopischen Änderungen an die Hill-Gleichung bestätigte letztendlich die Bildung eines [2+2]-Sandwich- bzw. Dimer-Komplexes in einem positiv kooperativen Bindungsprozess, in dem mittels ITC eine enorme Stabilisierung der Ba2+-Komplexierung aufgrund der π-π-Wechselwirkung zwischen zwei PBI-Molekülen, beobachtet wurde. Die Durchführung der Titrationsexperimente bei einer höheren PBI-Konzentration (c = 10-4 M) zusammen mit DOSY-Experimenten versicherten auch in diesem Fall die Formation diskreter Dimerkomplexe. Das einfach funktionalisierte PBI 77a zeigte in der Anwesenheit von Ba2+ ähnliche optische Änderungen. Die nachfolgenden Untersuchungen bzw. Interpretationen bestätigten die Bildung eines [1+2]-Dimerkomplexes mit H-artiger exzitonischer Kopplung, welches aufgrund der flexibleren Komplexstruktur keine Stabilisierung der Ba2+-Komplexierung erfuhr.
Neben der Metallionen-Komplexierung war PBI 71b auch in der Lage, in einer 1:2-Stöchiometrie aromatische Aminosäuren und Dipeptide zu erkennen (Kapitel III – 2.3.), da hier sowohl die Ammoniumgruppen der Aminosäuren und Dipeptide mit den Kronenethereinheiten als auch die aromatischen Einheiten mit dem PBI-Kern wechselwirken können. Fluoreszenz-Titrationsexperimente zeigten, dass die Aminosäuren L-Tryptophan und L-Tyrosin, welche elektronenreiche aromatische Gruppen aufweisen, und Dipeptide, die diese Aminosäuren enthalten, die Fluoreszenz des PBIs stark löschen. Die Bindungskonstanten der Wirt-Gast-Komplexierung in Acetonitril konnten aufgrund eines statischen Löschungsprozesses aus den Fluoreszenztitrationsdaten bestimmt werden. Hier wurde beobachtet, dass die Bindungsstärke von der Größe und der elektronischen Natur der aromatischen Einheiten sowie von dem Abstand zwischen der Ammoniumgruppe und der aromatischen Einheit in Aminosäuren und Dipeptiden abhängt. Die stärkste Bindung konnte zwischen Ala-Trp und PBI 71b mit einem Wert von 3.1 x 105 M-1 beobachtet werden. NMR-Studien bestätigten ebenfalls die Wirt-Gast-Komplexierung, ließen jedoch offen, ob es zu der Bildung von zwei Diastereomeren aufgrund der eingeschränkten Umwandlung der Atrop-Enantiomere (P und M) des PBI 71b kommt oder zu der Bildung von vier Diastereomeren infolge des Chiralitätszentrums im Kronenether. 
Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit Naphthalinbisimde und Perylenbisimide hinsichtlich ihrer Eignung als optische Chemosensoren untersucht. Die NBI-Derivate agierten aufgrund ihrer interessanten optischen Eigenschaften als chemische Sensoren selektiv für primären Amindampf und für die DNS/RNS-Wechselwirkung. Im Fall der PBI-Verbindungen wurden hervorragende fluorometrische Chemosensoren ermittelt, die Ba2+-Ionen und elektronenreiche aromatische Aminosäuren und Dipeptide in einer deutlichen Fluoreszenzlöschung detektieren können.
N2  - The list of interesting analytes to be detected is long, therefore there is a great need for the development of new simpler fluorescent and colorimetric chemosensors because of their high sensitivity and selectivity for visual discrimination. Thus, the aim of the present work was the synthesis and characterization of new optical respectively fluorescent and colorimetric chemosensors with the focus on the substance classes naphthalene bisimide and perylene bisimide.
The first focus of this work dealt with water-soluble naphthalene bisimides and is divided into three subchapters (Chapter III – 1.1.-1.3., Figure 1). In the first subchapter (Chapter III – 1.1.), the syntheses and optical properties of the amino-substituted NBIs 60a-h with dicarboxylic acid residues in the imide position and 61a-h with 2-dimethylaminoethyl groups, were described in polar solvents. The systematic attachment of various amine substituents with increasing electron-withdrawing character of the amino residues served the mechanistic elucidation of the optical properties. A complete examination of the optical properties was carried out in aqueous buffer solution at pH 2.1 as well as in methanol and acetonitrile. As expected, the influence of the imide substituents on the optical properties was not significant. However, the different core substituents caused a hypsochromic shift of the absorption and fluorescence maxima with increasing electron-withdrawing character of the amino residues. An unexpected trend could be observed with regard to fluorescence quantum yield. In protic solvents, like water and methanol, a linear dependence of the Hammett constants was determined. Thus, with increasing electron-withdrawing character of the core-amino substituents the quantum yield increased to 39% in water for NBI 60h, 61h and to 45% in Methanol for 60h. The fact that no linear dependence was observed with respect to Hammett σmeta constants in acetonitrile, suggested an excited-state intermolecular hydrogen bond as a competitive process to fluorescence. This process occurs between the solvent molecules and the acceptor group (carbonyl oxygen) of the NBIs, which results in a radiationless relaxation process or fluorescence quenching. The influence of this process can be controlled by the strength of the electron-withdrawing amino substituent. In addition, the NBIs 60a-h showed a pH-independence of the optical properties with respect to the imide substituent in potentiometric titrations in water. This characteristic makes NBIs with dicarboxylic acid residues in particular suitable for the use in biological systems in a neutral pH environment or as chemical sensors.
Because of these interesting results, the second subchapter (Chapter III - 1.2.) examined the dihalogenated NBI 58 with regard to sensing properties of primary, secondary and tertiary amine or diamine vapor as well as for freshness control of meat. The absorption and fluorescence spectroscopic studies of a thin film of NBI 58 successfully demonstrated the selective detection of primary amines and diamines respectively biogenic amines which is accompanied by absorption changes, such as the formation of a new bathochromic shifted band and the pronounced color change of the thin film can be observed by naked eye. The increase in fluorescence as well as the NMR spectroscopic investigation, however, could be determined only in solution. Hereby, the covalent interaction of the amine molecules with the NBI 58 could be proven. Despite the successful detection of biogenic amine vapors, NBI 58 proved to be an inappropriate chemical sensor for meat freshness control because of its low reactivity.
The last subchapter (Chapter III – 1.3.) of this section consisted of the synthesis of monoamino-core-substituted NBIs and the investigation of the interactions of these dyes with DNA/RNA. NBIs 65a,b and 66 were equipped with 3-trimethylammonium propyl residues in the imide position to ensure water solubility and to cause electrostatic interaction with the negatively charged phosphate backbone of the DNA/RNA. Furthermore, the amino acids (S)-2,3-diaminopropionic acid (L-Dap) (65a) and (S)-2,6-diaminohexanoic acid (L-Lys) (65b) and 2-trimethylammonium ethylamine (66) were introduced to the core of the NBIs. Thermal denaturation studies showed for all NBIs a clear increase of the melting temperature of the DNA/RNA (ΔTm values between 17 and 35 °C) which can be attributed to the formation of NBI/polynucleotide complexes. This complex formation could also be confirmed by fluorometric titration studies due to an enormous fluorescence quenching. Hence, binding constants between logK = 5.9 and 7.2 M-1 were determined, whereby NBI 65a and poly(dG-dC)2 showed the strongest binding affinity and NBI  65a and poly(dA-dT)2 the weakest. A high affinity towards polynucleotide ct-DNA (logK = 7.08 M-1) was observed for NBI 66, whereas this dye and as well as 65a,b showed only low binding constants with the polynucleotide polyA-polyU. CD spectroscopic measurements were performed to determine the binding mode and the differences in the binding properties of the dyes with DNA/RNA. The majority of all NBI compounds intercalated in a parallel fashion between the base pairs of the polynucleotides, but for NBI 65a and poly(dG-dC)2 a perpendicular alignment with regard to the base pairs was observed.Finally, ITC titration studies completed investigations on interactions between NBIs and polynucleotides. In addition to an intercalation mechanism, the interaction of the amino core-substituents with the phosphate groups in the minor groove could be determined, due to relatively high entropy values. In summary, the steric hindrance of the amine substituents at the core and the groove properties of ds-DNA/RNA are crucial.
The second focus of this work is also divided into three subsections (Chapter III – 2.1.-2.3.) and dealt with the synthesis and sensor properties of core-functionalized perylene bisimides (Figure 2). In the first section (Chapter III – 2.1.), the syntheses and optical properties of core-single and double crown ether functionalized PBIs 77a,b and 71a,b were investigated in solution. All PBIs were functionalized with 2-trimethylammoniumethyl residues at the imide position to ensure solubility in polar solvents. Bay positions were substituted once or twice with the crown ether units, 2-hydroxymethyl-15-crown-5 and 2-hydroxymethyl-18-crown-6. Subsequent investigation of the optical properties of the PBIs at a concentration of 10-5 M showed the monomeric state in acetonitrile and the formation of H-aggregates in water. Fluorescence quantum yields in acetonitrile increased with increasing ring size of the crown ethers from 73% to 81% for the PBIs 71a,b and a negligible small increase from 49% to 51% for the PBIs 77a,b. Decrease in quantum yield from the double functionalized to the single functionalized PBI by about 30% could be explained by the pronounced nonradiative relaxation processes of this flexible molecule in the excited state. 
In the second subchapter (Chapter III – 2.2.), the self-assembly properties of PBIs 71a,b and 77a,b were investigated in the presence of various metal ions (Na+, K+, Rb+, Mg2+, Ca2+, and Ba2+). Here, a dependence on the size of the crown ether receptor as well as on the type of metal ions could be shown. The absorption and fluorescence spectroscopic studies of the double functionalized PBIs 71a and 71b at a PBI concentration of c = 10-5 M showed successful formation of PBI stacks with H-type exciton coupling exclusively for the 15-crown-5 derivative 71a upon titration with Ba2+. Due to this, the absorption maximum experienced a decrease along with a hypsochromic shift and the fluorescence was completely quenched. In addition, a 1:1 stoichiometry of the PBI stacks could be determined. The fitting of the spectroscopic changes to the Hill equation finally confirmed the formation of a [2+2] sandwich complex in a positive cooperative binding process, in which an enormous stabilization of the Ba2+ complexation due to π-π interaction between two PBI molecules was observed by ITC experiments. Titration experiments at a higher PBI concentration (c = 10-4 M) revealed also in this case the formation of discrete dimer complexes which was further corroborated by DOSY experiments. The single functionalized PBI 77a showed similar optical changes in the presence of Ba2+. The subsequent studies or interpretations confirmed the formation of a [1+2] dimer complex with H-type exciton coupling, which did not undergo stabilization of Ba2+ complexation due to the more flexible complex structure.
In addition to metal ion complexation, PBI 71b is also able to recognize aromatic amino acids and dipeptides in a 1:2 stoichiometry (Chapter III – 2.3.). The ammonium groups of the amino acids and dipeptides were complexed by the crown ether units and consequently, the aromatic moieties interact with the PBI core. Fluorescence titration experiments have shown that amino acids L-tryptophan and L-tyrosine bearing electron-rich aromatic groups and dipeptides containing these amino acids strongly quench the fluorescence of the PBI receptor. The binding constants of host-guest complexation could be determined from the fluorescence titration data due to a static quenching process. Hence, it has been observed that the binding strength is dependent on the size and electronic nature of the aromatic units as well as on the distance between the ammonium group and the aromatic unit in amino acids and dipeptides. The strongest binding affinity was observed for Ala-Trp and PBI 71b with a value of 3.1 x 105 M-1. NMR studies also confirmed host-guest complexation, but revealed the formation of two diastereomers due to restricted conversion of the atropo-enantiomers (P and M) of PBI 71b or the formation of four diastereomers due to the chirality center in the crown ether.
In summary, in this work naphthalene bisimide and perylene bisimide were investigated for their suitability as optical chemosensors. Because of their interesting optical properties, the NBI derivatives acted as chemical sensors selectively for primary amine vapor and for interaction with DNA/RNA. In the case of PBI compounds, excellent fluorometric chemosensors have been determined that can detect Ba2+ ions and electron-rich aromatic amino acids and dipeptides resulting in a significant fluorescence quenching.
KW  - Chemischer Sensor
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - Chemical Sensor
KW  - Molecular Recognition
KW  - DNA
KW  - Supramolecular Chemistry
KW  - Naphthalinderivate
KW  - Perylenderivate
KW  - DNS
KW  - Molekulare Erkennung
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161990
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weinstock [geb. Pattschull], Grit
T1  - Crosstalk between the MMB complex and YAP in transcriptional regulation of cell cycle genes
T1  - Interaktion zwischen dem MMB-Komplex und YAP bei der transkriptionellen Regulation von Zellzyklusgenen
N2  - The Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a master regulator of cell cycle-dependent gene expression. Target genes of MMB are expressed at elevated levels in several different cancer types and are included in the chromosomal instability (CIN) signature of lung, brain, and breast tumors. 
This doctoral thesis showed that the complete loss of the MMB core subunit LIN9 leads to strong proliferation defects and nuclear abnormalities in primary lung adenocarcinoma cells. Transcriptome profiling and genome-wide DNA-binding analyses of MMB in lung adenocarcinoma cells revealed that MMB drives the expression of genes linked to cell cycle progression, mitosis, and chromosome segregation by direct binding to promoters of these genes. Unexpectedly, a previously unknown overlap between MMB-dependent genes and several signatures of YAP-regulated genes was identified. YAP is a transcriptional co-activator acting downstream of the Hippo signaling pathway, which is deregulated in many tumor types.  Here, MMB and YAP were found to physically interact and co-regulate a set of mitotic and cytokinetic target genes, which are important in cancer. Furthermore, the activation of mitotic genes and the induction of entry into mitosis by YAP were strongly dependent on MMB. By ChIP-seq and 4C-seq, the genome-wide binding of MMB upon YAP overexpression was analyzed and long-range chromatin interaction sites of selected MMB target gene promoters were identified. Strikingly, YAP strongly promoted chromatin-association of B-MYB through binding to distal enhancer elements that interact with MMB-regulated promoters through chromatin looping. 
Together, the findings of this thesis provide a so far unknown molecular mechanism by which YAP and MMB cooperate to regulate mitotic gene expression and suggest a link between two cancer-relevant signaling pathways.
N2  - Der Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex spielt eine wichtige Rolle in der Expression Zellzyklus abhängiger Gene, welche erhöhte Expressionsraten in verschiedenen Krebsarten aufweisen und Teil der sogenannten chromosomalen Instabilitätssignatur (CIN) von Lungen-, Gehirn- und Brusttumoren sind.
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Deletion von LIN9, einer zentralen Untereinheit des MMB-Komplexes, in primären Lungenkarzinomzellen der Maus zu starken Proliferationsdefekten und Anomalitäten des Zellkerns führt. Analysen des gesamten Transkriptoms mit Hilfe von RNA-Seq ergaben, dass der MMB-Komplex die Expression einer Gruppe von Genen reguliert, die mit dem Voranschreiten des Zellzyklus, der Mitose und der Trennung der Chromosomen in Verbindung stehen. Die Regulation dieser Gene erfolgt durch direkte Bindung des MMB-Komplexes an die dazugehörigen Promotoren, wie die Analyse der genomweiten DNA-Bindung des MMB-Komplexes durch ChIP-Seq erkennbar werden ließ. Weiterhin wurde in dieser Arbeit eine neuartige Interaktion zwischen MMB und YAP, einem transkriptionellen Co-Aktivator und Effektorprotein des Hippo-Signalweges, gefunden. Die Dysregulation von Hippo/YAP ist an der Entstehung verschiedener Tumorentitäten beteiligt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass YAP mit Untereinheiten von MMB interagiert und dass beide Signalwege ein überlappendes Set von Zielgenen, die für die Entstehung von Tumoren relevant sind, regulieren. Es konnte außerdem nachgewiesen werden, dass YAP den MMB-Komplex benötigt, um die Expression mitotischer Gene zu aktivieren und dass der durch YAP induzierte Eintritt in die Mitose vom MMB-Komplex abhängig ist. 
In einem weiteren Teil der Arbeit wurden mittels ChIP-Seq und 4C-Seq Chromatin-Interaktionen von Promotoren der MMB-Zielgene mit weiter entfernt liegenden Bereichen des Genoms identifiziert. Hierbei konnte festgestellt werden, dass YAP die Bindung der MMB-Untereinheit B-MYB an die Promotoren der MMB-Zielgene verstärkt, indem es an weiter entfernte Enhancer bindet. Diese von YAP gebundenen Enhancer interagieren über Schleifenbildung des Chromatins mit den Promotoren MMB-regulierter Gene. Zusammengefasst konnten die Ergebnisse dieser Arbeit einen bisher unbekannten molekularen Mechanismus für die gemeinsame Regulation von Genen durch den MMB Komplex und YAP enthüllen und somit einen Zusammenhang zwischen zwei krebsrelevanten Signalwegen aufdecken.
KW  - Krebs <Medizin>
KW  - Zellteilung
KW  - Genexpression
KW  - MMB complex
KW  - Hippo pathway
KW  - mitosis
KW  - cytokinesis
KW  - mitotic gene expression
KW  - Lungenkrebs
KW  - Mitose
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170866
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weinhard, Alexander
T1  - Managing RFID Implementations - Implications for Managerial Decision Making
T1  - Management von RFID-Implementierungen - Implikationen für die Management Entscheidungsfindung
N2  - The present dissertation investigates the management of RFID implementations in retail trade. Our work contributes to this by investigating important aspects that have so far received little attention in scientific literature. We therefore perform three studies about three important aspects of managing RFID implementations. We evaluate in our first study customer acceptance of pervasive retail systems using privacy calculus theory. The results of our study reveal the most important aspects a retailer has to consider when implementing pervasive retail systems. In our second study we analyze RFID-enabled robotic inventory taking with the help of a simulation model. The results show that retailers should implement robotic inventory taking if the accuracy rates of the robots are as high as the robots’ manufacturers claim. In our third and last study we evaluate the potentials of RFID data for supporting managerial decision making. We propose three novel methods in order to extract useful information from RFID data and propose a generic information extraction process. Our work is geared towards practitioners who want to improve their RFID-enabled processes and towards scientists conducting RFID-based research.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Management von RFID Implementierungen im Einzelhandel. Dabei leistet die Arbeit einen Beitrag, indem wichtige aber bisher in der wissenschaftlichen Fachliteratur nur wenig beachtete Aspekte beleuchtet werden. Hierfür werden drei Studien zu drei relevanten Managementaspekten durchgeführt. Zunächst wird die Kundenakzeptanz im Bezug auf pervasive Retail Applikationen betrachtet und mithilfe der Privacy Calculus Theorie ermittelt, welche Aspekte für die Kundenakzeptanz pervasiver Systeme besonders relevant sind. In Studie zwei wird eine RFID-gestützte Roboterinvnetur anhand einer Simulationsstudie evaluiert. Die Studie zeigt, dass eine durch Roboter durchgeführte Inventur für einen Einzelhändler zu empfehlen ist, falls die Roboter tatsächlich mit den von den Herstellern beworbenen Erkennungsraten arbeiten. In der dritten und letzten Studie werden die Potenziale von RFID-Daten zur Entscheidungsunterstützung des Managements evaluiert. Es werden drei Methoden vorgestellt um aus RFID-Daten nützliche Informationen zu gewinnen. Abschließend wird ein generisches Vorgehensmodell zur Informationsextraktion entwickelt. Die Arbeit ist sowohl an Praktiker gerichtet, die ihre RFID-basierten Prozesse verbessern möchten, als auch an Wissenschaftler die RFID-basierte Forschung betreiben.
KW  - RFID
KW  - Simulation
KW  - Management
KW  - Privatsphäre
KW  - Roboter
KW  - Data Analytics
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178161
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weindl, Katharina
T1  - Langzeitergebnisse der Ranibizumabtherapie der altersabhängigen feuchten Makuladegeneration
T1  - Long-term results of ranibizumab treatment for wet age-related macular degeneration
N2  - Hintergrund
In einer retrospektiven Studie in der Augenklinik Würzburg wurde die Ranibizumabtherapie bei Patienten mit altersabhängiger Makuladegeneration (AMD) im klinischen Alltag ausgewertet.

Methoden
Patientenakten von Patienten mit AMD, die im Jahr 2007 mit der Ranibizumabtherapie begannen, wurden untersucht. Daten wurden bis zum Ende der Behandlung und/oder Nachbeobachtung bis 2009 gesammelt. Der primäre Endpunkt war das Verhältnis der Patienten, die weniger als 15 Buchstaben (bzw. 0,3 logMAR Einheiten) an Visus verloren zwischen Beginn und nach 12 Monaten.

Ergebnisse
375 Patienten wurden einbezogen, nur 298 Patienten beendeten die Untersuchung nach einem Jahr. Nach 12 Monaten verloren 72% der Patienten weniger als 15 Buchstaben. Die Sehschärfe verbesserte sich bis 12 Wochen nach der ersten Injektion und verschlechterte sich danach wieder. Patienten mit mehr als 3 Injektionen profitierten mehr als Patienten mit weniger Injektionen. Durchschnittlich wurden 4,25 Injektionen innerhalb eines Jahres gegeben. Der durchschnittliche Rückgang der Netzhautdicke betrug 50 µm.

Schlussfolgerung
Intravitreale Injektionen von Ranibizumab in der Augenklinik Würzburg führten zu einer Visusverbesserung. Der Visusgewinn konnte nach 3 Monaten nicht gehalten werden. Bessere Reinjektionskriterien, mehr OCT Untersuchungen und besseres Nachsorgemanagement sollten entwickelt werden.
N2  - Background
Real-life ranibizumab therapy used in patients with wet age related macular degeneration (AMD) was assessed in a retrospective study in Augenklinik Würzburg 

Methods
Medical records of patients with AMD, who started ranibizumab treatment in 2007, were evaluated. Data were collected until the end of treatment and/or monitoring until 2009. The primary end point was the proportion of patients losing fewer than 15 letters (0,3 logMAR units) from baseline visual acuity at 12 months.

Results
375 patients were included, only 298 patients finished one-year examination. At 12 months 72% of the patients lost fewer than 15 letters. Visual acuity improved until 12 weeks after first injection and was not maintained afterwards. Patients with more than 3 Injections profited more than patients with less injections. In average, there were 4,25 injections given in one year. The average decrease in retinal thickness was 50µm.

Conclusions
Intravitreal administration of ranibizumab in Augenklinik Würzburg improved vision acuity. The vision gain was not maintained after 3 months. Criteria for reinjection, more oct examinations and better control management must be developed.
KW  - Makuladegeneration
KW  - Vascular endothelial Growth Factor
KW  - Macula lutea
KW  - Ranibizumab
KW  - ranibizumab
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180178
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weigel, Tobias Maximilian
T1  - Entwicklung von 3D-Herzschrittmacher-Elektroden auf Basis von Kohlenstoffnanofasern
T1  - Development of 3D pacemaker electrodes based on carbon nano fibers
N2  - Herzschrittmachersysteme sind eine weitverbreitete Möglichkeit Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu behandeln. Wegen der natürlichen Reaktion des Immunsystems auf Fremdkörper, erfolgt aber eine fortschreitende Verkapselung der Herzschrittmacherelektrode. Die Folge ist eine ansteigende Verminderung der Stimulationseffizienz durch Erhöhung der Anregungsschwelle. Die Integration der Elektrode in das Gewebe ist dabei mangelhaft und wird bestimmt durch Implantateigenschaften wie Größe, Flexibilität und Dimensionalität. Um die Integration zu verbessern, stellen dreidimensionale (3D) bzw. gewebeartige Elektroden eine Alternative zu den derzeit verwendeten planaren Metallelektroden dar. Zur Entwicklung einer leitfähigen, 3D und faserförmigen Elektrode wurden in dieser Arbeit Kohlenstoff-Nanofaser-Scaffolds über Elektrospinnen hergestellt. Durch die Modifikation des Fasergerüstes mit Natriumchlorid (NaCl) während der Scaffoldherstellung, konnte das Fasernetzwerk aufgelockert und Poren generiert werden. Die Kohlenstofffaser-Elektroden zeigten einen effizienten Energieübertrag, welcher vergleichbar mit heutigen Titannitrid (TiN) -Elektroden ist. Die Auflockerung des Fasergewebes hatte eine verbesserte Flexibilität des Faserscaffolds zu Folge. Neben der Flexibilität, konnte auch die Infiltration von Zellen in das poröse Faserscaffold erheblich verbessert werden. Dabei konnten Fibroblasten durch das gesamte Scaffold migrieren. Die Kompatibilität mit kardialen Zellen, die Grundvoraussetzung von Herzschrittmacherelektroden, wurde in vitro nachgewiesen. Durch die Kombination aus dem 3D-Elektrodengerüst mit einer Co-Kultur aus humanen Kardiomyozyten, mesenchymalen Stammzellen und Fibroblasten, erfolgte eine Einbettung der Elektrode in funktionelles kardiales Gewebe. Dadurch konnte ein lebender Gewebe-Elektroden-Hybrid generiert werden, welcher möglicherweise die Elektrode vor Immunzellen in vivo abschirmen kann. Eine Zusammenführung der hybriden Elektrode mit einen Tissue-Engineerten humanen kardialen Patch in vitro, führte zu Bildung einer nahtlosen Elektronik-Gewebe-Schnittstelle. Die fusionierte Einheit wurde abschließend auf ihre mechanische Belastbarkeit getestet und konnte über einen Elektroden-Anschluss elektrisch stimuliert werden.
N2  - The application of pacemaker systems is a widespread treatment of cardiovascular diseases. The inflammatory interaction of the immune system and the implant results in the formation of a fibrous capsule around the pacemaker’s electrode. The consequence is a progressing reduction of the stimulation efficiency by an increased excitation threshold. The primary cause of the encapsulation is the deficient integration of the electrode into the cardiac tissue, which is induces by the incompatible implant properties like size, flexibility and dimensionality. To improve the electrode’s integration, the application of three dimensional and tissue imitating electrodes represent an improvement of currently implanted planar electrodes. To develop a conductive and fibrous 3D-electrode, carbon nanofiber scaffolds were generated by electrospinning. By modifying the fiber network with NaCl during the scaffold preparation, the mesh openings could be loosened and pores generated. An efficient energy transfer of the resulting carbon fiber electrodes was demonstrated and is comparable to today's TiN electrodes. The loosening of the fiber network resulted in improved flexibility of the scaffold. In addition to the flexibility, the infiltration of cells into the porous fiber scaffold could be significantly enhanced. Thereby, fibroblasts were enabled to migrate through the entire scaffold. For application as a pacemaker electrode, the compatibility of the tissue electrode with cardiac cells in vitro was demonstrated. The combination of the 3D electrode Scaffold with a co-culture of human cardiomyocytes, mesenchymal stem cells and fibroblasts led to a partially embedded electrode in functional cardiac tissue. As a result, a living tissue-electrode hybrid could be generated which could possibly shield the electrode from immune cells in vivo. Implantation of the hybrid electrode into a tissue engineered human heart patch in vitro resulted in a seamless electronic tissue interface. This fused unit was conclusively tested for its functionality, like mechanical stability and the electrical stimulation of the patch by the in grown hybrid electrode.
KW  - Herzschrittmacher
KW  - Elektrode
KW  - Kohlenstoff
KW  - Nanofaser
KW  - 3D-Elektrode
KW  - electrode scaffold
KW  - Zell-Migration
KW  - Stimulation
KW  - Kohlenstofffaser
KW  - Elektrospinnen
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176362
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weidner, Anne
T1  - Zusammenhang zwischen pathologischen Entzündungsparametern und der Serumkonzentration von Antipsychotika
T1  - Relationship between pathological inflammatory parameters and serum concentration of antipsychotics
N2  - In einer Studie wurde der Zusammenhang pathologischer Werte von C-Reaktivem Protein (295 Fälle)- - sowie Leukozyten-Anzahlen (292 Fälle) einerseits und dosiskorrigierter Serumkonzentration der Antipsychotika Haloperidol, Risperidon, Olanzapin, Quetiapin und Aripiprazol andererseits mittels therapeutischem Drug Monitoring bestimmter Serumkonzentrationen sowie pathologische CRP (295 Fälle)- und Leukozyten (292 Fälle)-Werte ausgewertet. 
Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von Entzündung, gemessen durch CRP-Wert und Leukozyten, auf die dosiskorrigierten Antipsychotika-Serumkonzentrationen zu untersuchen. 
In der Quetiapin-Stichprobe konnte ein signifikanter Zusammenhang von pathologischen CRP-Werten und der dosiskorrigierten Serumkonzentration berechnet werden. In der Olanzapin-Stichprobe ergab sich ein trendmäßiger Zusammenhang von pathologischen CRP-Werten und der dosiskorrigierten Serumkonzentration. Dosiskorrigierte Serumkonzentrationen über der therapeutischen Obergrenze waren in der Quetiapin-Stichprobe mit pathologischen CRP-Werten assoziiert.
In keiner Stichprobe konnte ein signifikanter Zusammenhang von Leukozyten-Anzahl und dosiskorrigierter Serumkonzentration aufgezeigt werden. 
Wir konnten damit erstmals einen signifikanten Zusammenhang von Entzündung und Serumkonzentration für Quetiapin (und partiell auch Olanzapin) zeigen. Klinische Konsequenz sollte - vor allem bei älteren Patienten - eine Quetiapin (und auch Olanzapin-)-Dosisanpassung unter inflammatorischen Bedingungen sein, um das Risiko verstärkter bzw. sogar toxischer Nebenwirkungen durch einen Anstieg der Serumkonzentration zu minimieren.
Weitere Studien mit einer größeren Fallzahl für die anderen hier untersuchten und nicht signifikant assoziiert gefundenen Antipsychotika sind erforderlich, um das Risiko erhöhter Serumkonzentrationen unter inflammatorischen Bedingungen für diese ausschließen zu können. Darüber hinaus sind weitere Untersuchungen mit Berücksichtigung anderer auf CYP-Ebene interagierender Faktoren wie Komedikation, körperlichen Begleiterkrankungen, Raucherstatus oder Polymorphismen sinnvoll, um Risikogruppen noch genauer definieren zu können.
N2  - In this study, the relationship between pathological values of C-reactive protein (295 cases) and leukocyte counts (292 cases) on the one hand and dose-corrected serum concentrations of the antipsychotics haloperidol, risperidone, olanzapine, quetiapine and aripiprazole on the other hand were evaluated by therapeutic drug monitoring of certain serum concentrations as well as pathological CRP (295 cases) and leukocyte values (292 cases).
The objective of the present study was therefore to investigate the influence of inflammation, measured by CRP value and leukocytes, on the dose-corrected antipsychotic serum concentrations. 
The Quetiapin sample showed a significant correlation between pathological CRP values and dose-corrected serum concentration. In the olanzapine sample, there was a trend correlation between pathological CRP values and the dose-corrected serum concentration. Dose-corrected serum concentrations above the therapeutic limit were associated with pathological CRP levels in the quetiapine sample. 
In no sample could a significant correlation between leukocyte count and dose-corrected serum concentration be demonstrated.
For the first time we were able to show a significant correlation between inflammation and serum concentration for quetiapine (and partially also olanzapine). Clinical consequence - especially in older patients - should be a quetiapine (and also olanzapine) dose adjustment under inflammatory conditions in order to minimize the risk of increased or even toxic side effects due to an increase in serum concentration. 
Further studies with a larger number of cases for the other antipsychotics investigated here and not significantly associated are necessary to exclude the risk of increased serum concentrations under inflammatory conditions. In addition, further investigations with consideration of other factors interacting at the CYP level such as comedication, concomitant physical diseases, smoking status or polymorphisms are useful in order to be able to define risk groups even more precisely.
KW  - Entzündungsparameter
KW  - Serumkonzentration
KW  - Antipsychotika
KW  - CRP
KW  - Leukozyten
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178499
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wehner, Tobias
T1  - Multifunktionale Kompositmaterialien auf Basis lanthanidhaltiger Verbindungen mit lumineszierenden Nanopartikeln und superparamagnetischen Mikropartikeln
T1  - Multifunctional composite materials based on lanthanide containing compounds with luminescent nanoparticles and superparamagnetic microparticles
N2  - Die vorliegende Arbeit umfasst die Synthese und Charakterisierung 23 neuartiger, multifunktionaler Kompositmaterialien basierend auf lanthanidhaltigen Verbindungen sowie verschiedenen Nano- und Mikropartikeln.
Die dargestellten Materialien konnten als Core/Shell-Systeme mit einem nano- bzw. mikropartikelhaltigen Kern und einer lanthanidhaltigen Hülle charakterisiert werden und vereinen aufgrund ihres Kompositcharakters die spezifischen Eigenschaften der Einzelkomponenten wie Lumineszenz, Superparamagnetismus oder Reflexionseigen-schaften miteinander.
Zur Synthese multifunktionaler, lumineszierender Materialien wurden zirconylbasierte, lumineszierende Nanopartikel mit Lanthanidchloriden und lanthanidhaltigen MOFs funktionalisiert. Die Kompositsysteme LnCl3@ZrO(FMN) (FMN = Flavinmononukleotid, Ln = Y, Sc, La, Eu, Tb, Ho) ermöglichen eine Modifizierung der Lumineszenzeigenschaf-ten der Materialien abhängig von der Reaktionstemperatur sowie dem verwendeten Selten-Erd-Ion. Durch Variation der Nanopartikelkomponente konnte mittels der Kom-posite LnCl3@ZrO(MFP) (MFP = Methylfluoresceinphosphat) ein zusätzlicher sol-vatochromer Effekt der Systeme eingeführt werden, während das Kompositmaterial YCl3@ZrO(RP) (RP = Resorufinphosphat) eine andere Chromatizität zugänglich macht.
Durch Modifizierung von ZrO(FMN)- und ZrO(MFP)-Nanopartikeln mit 3∞[Eu2(BDC)3]·
2DMF·2H2O (BDC2- = Benzol-1,4-dicarboxylat) wurden Kompositmaterialien dargestellt, die zwei Lumineszenzprozesse mit unterschiedlicher Chromatizität und unterschiedli-cher Anregbarkeit miteinander kombinieren und somit eine reversible Schaltbarkeit zwischen beiden Prozessen durch Variation der Anregungswellenlänge ermöglichen.
Zur Synthese luminomagnetischer Materialien wurden superparamagnetische Fe3O4/SiO2-Mikropartikel mit einer Vielzahl lanthanidhaltiger MOFs, die sich hinsichtlich ihrer Lumineszenzeigenschaften und ihrer Stabilität gegenüber Luft und Wasser unterscheiden, modifiziert. Als MOFs wurden hierbei 2∞[Ln2Cl6(Bipy)3]·2Bipy (Bipy = 4,4‘-Bipyridin, Ln = Nd, Sm, Eu, Tb, Er), 3∞[Eu(Im)2], 3∞[Ba0.95Eu0.05(Im)2] (Im  = Imidazolat) und 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O eingesetzt. Die Variation der zur Funktionalisierung verwendeten Komponente oder eine Kombination mehrerer MOFs ermöglicht eine Anpassung der Lumineszenz der Kompositmaterialien innerhalb des kompletten sichtbaren Spektralbereichs sowie im NIR-Bereich.
Die dargestellten luminomagnetische Kompositmaterialien mit wasserempfindlichen MOFs können zur Detektion von Wasser in verschiedenen organischen Lösungsmitteln verwendet werden und stellen somit eine mobile und einfach anwendbare Alternative zur Karl-Fischer-Titration mit einer vergleichbaren Sensitivität dar. So eignen sich die Kompositsysteme 2∞[Eu2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 und 2∞[Eu2Cl6(Bipy)3]·2Bipy,
2∞[Tb2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 als optische turn-off-Sensoren, während das Kom-posit 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O,2∞[Tb2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 als ratiometrischer Sensor verwendet werden kann.
Als Alternative zu sphärischen Partikeln wurden auch anisotrope, stäbchenförmige Fe3O4/SiO2-Mikropartikel mittels 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O modifiziert. Das resul-tierende Kompositmaterial vereint die isotropen Lumineszenzeigenschaften der MOF-Hülle mit der anisotropen Reflexion von sichtbarem Licht der. Durch die Wahl der Anregungswellenlänge und Richtung eines externen Magnetfelds wird eine stufenlose und reversible Schaltbarkeit zwischen isotropen und anisotropen Eigenschaften ermöglicht.
Durch mechanochemische Umsetzung der MOF-Edukte [LnCl3(Py)4]·0.5Py (Ln = Eu, Ho) und 4,4‘-Bipyridin konnte eine Vielzahl von literaturbekannten lanthanidhaltigen Komplexen und Koordinationspolymeren mittels einer neuen und zeiteffizienten Syntheseroute dargestellt werden. Hierbei kann die Verknüpfungsdimension der resultierenden Produkte abhängig von verschiedenen Reaktionsparametern, die den Energieeintrags der Kugelmühle beeinflussen, gesteuert werden.
N2  - The thesis at hand deals with the synthesis and characterization of 23 novel multi-functional composite materials that are based on lanthanide containing compounds as well as different nano- and microparticles.
The synthesized compounds can be described as core/shell systems with a nanoparticle and microparticle containing core, respectively, and a lanthanide containing shell. Due to their composite character, the materials combine the specific properties of their single constituents such as luminescence, superparamagnetism or reflection properties.
For the synthesis of multifunctional luminescent materials, zirconyl containing, lumines-cent nanoparticles were modified with lanthanide chlorides as well as lanthanide con-taining MOFs. The composite materials LnCl3@ZrO(FMN) (FMN = flavin mononucleo-tide, Ln = Y, Sc, La, Eu, Tb, Ho) enable a modification of the materials’ luminescence properties in dependence on the reaction temperature and the particular rare earth ion. Variation of the nanoparticle component leads on the one hand to formation of the sys-tem LnCl3@ZrO(MFP) (MFP = methylfluorescein phosphate), which exhibits a strong solvatochromic effect, and on the other hand to the composite YCl3@ZrO(RP) (RP = resorufin phosphate), which makes another chromaticity of the luminescence ac-cessible.
The modification of ZrO(FMN) and ZrO(MFP) nanoparticles with 3∞[Eu2(BDC)3]· 2DMF·2H2O (BDC2- = benzene-1,4-dicarboxylate) results in composite materials that combine two luminescence processes with a different chromaticity and a diverse excita-tion range. Therefore, a continuous and reversible switching between both processes can be executed by variation of the excitation wavelength.
For the synthesis of luminomagnetic materials, superparamagnetic Fe3O4/SiO2 micro-particles were modified with a variety of lanthanide containing MOFs that differ in terms of their luminescence properties and their water and air stability. For this purpose, the MOFs 2∞[Ln2Cl6(Bipy)3]·2Bipy (Bipy = 4,4’-Bipyridine, Ln = Nd, Sm, Eu, Tb, Er), 3∞[Eu(Im)2], 3∞[Ba0.95Eu0.05(Im)2] (Im- = imidazolate) and 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O were employed for microparticle functionalization. By variation of the selected MOF or a combination of two different compounds, the luminescence properties of the composite materials could be adjusted in the whole visible spectral region as well as in the NIR region.
The synthesized luminomagnetic composite materials with water sensitive MOFs can be applied for the detection of water in various organic solvents. Therefore, such compo-sites can be used as alternative to the Karl-Fischer titration that is easy applicable, mo-bile and exhibits similar detection limits. The composite materials 2∞[Eu2Cl6(Bipy)3]· 2Bipy@Fe3O4/SiO2 and 2∞[Eu2Cl6(Bipy)3]·2Bipy,2∞[Tb2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 can be deployed as optical turn-off sensors, while the composite system 3∞[Eu2(BDC)3]· 2DMF·2H2O,2∞[Tb2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 is suitable for a ratiometric determina-tion of the water content.
As alternative to spherical particles, anisotropic rod-like Fe3O4/SiO2 microparticles were functionalized with 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O. The resulting composite material com-bines the isotropic luminescence of the MOF shell with the anisotropic reflection of visible light of the microparticle component. A continuous and reversible switching between both optical properties is enabled by the variation of the excitation wavelength and the direction of an external magnetic field.
The mechanochemical reaction of the MOF precursors [LnCl3(Py)4]·0.5Py (Ln = Eu, Ho) and 4,4’-bipyridine leads to a variety of lanthanide containing complexes and coordina-tion polymers that have already been reported in literature. Thus, a novel and time effi-cient synthesis route could be described for an alternative preparation of these com-pounds. The dimensionality of the resulting substances can be influenced in dependence on different reaction parameters that have an influence on the application of energy by the ball mill.
KW  - Photolumineszenz
KW  - Metallorganisches Netzwerk
KW  - Superparamagnetismus
KW  - Mikropartikel
KW  - Nanopartikel
KW  - Kompositmaterialien
KW  - Lumineszenzsensor
KW  - Luminomagnetische Partikel
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-158186
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TY  - THES
A1  - Wegener, Sonja
T1  - Dosimetrie unter Nicht-Gleichgewichtsbedingungen
T1  - Dosimetry in non-equilibrium situations
N2  - Für die Dosimetrie in der Strahlentherapie sind eine Reihe von Detektoren unterschiedlicher Bauform und Funktionsweise erhältlich. Detektoreigenschaften wie die Größe des aktiven Volumens,
energieabhängiges Ansprechen und Feldstörungen durch Bauteile beeinflussen ihr Signal, so dass kein idealer, universell einsetzbarer Detektor existiert. Insbesondere unter Messbedingungen, bei denen sich die Teilchenfluenz am Ort der Messung stark ändert, können die Detektorsignale stark von den wahren Dosisverhältnissen abweichen, z.B. in kleinen Feldern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Ansprechen verschiedener Detektortypen in solchen Extremsituationen analysiert. Dioden und Ionisationskammern verschiedener Bauformen und Größen wurden in verschiedenen Experimenten gegen Gafchromic-EBT3-Film verglichen.

Das Ansprechen auf Streustrahlung konnte durch Ausblockung der Feldmitte untersucht werden,
wobei zusätzlich geometrisch der Volumeneffekt korrigiert wurde. Dabei zeigte sich teils ein starkes Überansprechen. Ferner wurde gezeigt, dass die bei der Messung von Querprofilen, also sowohl in der Feldmitte, in Bereichen starker Dosisgradienten und außerhalb des Nutzfeldes, auftretenden Abweichungen durch die Verwendung einer Detektorkombination kompensiert werden können. Somit verbessert sich auch die Übereinstimmung mit den auf Film gemessenen Profilen.

Für Ionisationskammern wurden effektive Messpunkte bestimmt, wobei die notwendigen Verschiebungen teils deutlich geringer waren als in den gängigen Dosimetrieprotokollen empfohlen. Insbesondere für kleinvolumige Ionisationskammern mit geringen Signalstärken kam es bei der Verwendung von im Bestrahlungsraum positionierten Elektrometern zu Störeinflüssen durch Streustrahlung. Diese Effekte konnten durch Reduzierung der das Elektrometer erreichenden Streustrahlung verringert werden.

Anschließend ließ sich das Ansprechen im Aufbaubereich vergleichen. Hier zeigten sich insbesondere Unterschiede zwischen den Detektortypen, aber auch zwischen den verwendeten Polaritäten der Kammerspannung. Durch die Verwendung einer Bleifolie wurde der Einfluss von
Elektronenkontamination herausgefiltert. Zusätzlich wurden das Ansprechen verschiedener Detektoren im oberflächennahen Bereich auch bei angelegten magnetischen Feldern von Feldstärken
bis zu 1,1 T untersucht.

In allen Fällen wurden Detektorgebrauchsgrenzen aufgezeigt. Die Erkenntnisse ermöglichen es, in den verschiedenen Extremsituationen geeignete Detektoren zu wählen, und eine Abschätzung der residualen Abweichungen durchzuführen. Gezeigt wurde auch, wo eine Detektorkombination die Genauigkeit verbessern kann.
N2  - A multitude of different detectors is available for relative dosimetry in radiotherapy. Those detectors differ in their design and working principle. Depending on the detector details, the main drawbacks are the volume averaging effect or energy-dependent response. Consequently, there is no universally usable ideal detector. Especially under conditions without charged particle equilibrium, detector signals can deviate substantially from the real dose ratios, e.g. in small fields. In this work, the behavior of detectors of different types was analyzed for a range of extreme situations. Diodes and ionization chambers were compared against EBT3 film in several experiments.

Detector response to scattered radiation was analyzed by blocking the central part of photon fields. The geometric volume averaging effect was corrected for simultaneously. Overresponse was observed, and the magnitude depended on the exact detector type. For profile measurements, detector response in the field center, the high gradient regions and out of the field can offset the results. A way to compensate the drawbacks of individual detectors by means of measurements with a detector combination was shown to improve the agreement of the measured profiles with profiles measured on EBT3 film.

For ionization chambers, effective points of measurements were determined, which decreased with
detector radius and were mostly smaller than the shifts usually recommended in dosimetry protocols. Especially for ionization chambers with very small volumes and, therefore, low signals, an offset current produced by irradiation of an electrometer positioned in the treatment room distorted the measured signals. The effect was greatly reduced by limiting the dose to the electrometer, e.g. by increasing the distance between the electrometer and the radiation source or by shielding sensitive electrometer parts with lead.

Afterwards, the detector response in the build-up region was studied. Here, differences were observed between the detector types as well as the signs of the biasing voltage. Electron contamination was filtered out using a lead foil close to the collimator. In addition to that, the response of different detectors near the surface in the presence of magnetic fields was studied up to magnetic field strengths of 1.1 T.

In all cases, detector limitations became obvious. This knowledge allows the choice of the proper
detector for a given situation as well as an idea of the magnitude of the remaining error, as studied under the extreme model conditions described above. It was also shown how a combination of two detectors, for example, a diode and an ionization chamber, can improve the accuracy of the obtained data.
KW  - Dosimetrie
KW  - Strahlentherapie
KW  - Nichtgleichgewicht
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184431
ER  - 
TY  - THES
A1  - Webler, Harriet May
T1  - Vergleich dreier Ultra-Short Screening-Instrumente  hinsichtlich deren Erfassungsgabe depressiver Störungen im palliativen Kontext am Beispiel des BUKA-Projektes
T1  - Comparison of three Ultra-Short Screening methods with regard to their efficiency in measuring depressive disorders in the context of palliative care using the example of the BUKA project
N2  - In dieser Dissertation wurden Unterschiede hinsichtlich der Fähigkeit zur Erfassung depressiver Symp¬to¬matik der drei Screeninginstrumente PHQ-2, ESAS-Dpr und DT im palliativ-onkologischen Kontext für den deutschsprachigen Raum untersucht. Ziel war es eine Empfehlung abzugeben, ob für das Screening nach depressiver Symptomatik, die Empfehlungen der kanadischen Guideline von Cancer Care Ontario oder die Empfehlungen der S3-Leitlinie Palliativmedizin anzuwenden sind. Weiterhin sollte die Frage geklärt werden, ob im deutschsprachigen Raum die Instrumente ESAS-Dpr und DT als äquivalente Instrumente verwendet werden können. 
Die Ergebnisse der Hauptfragestellung dieser Dissertation demonstrieren die schwache Übereinstimmung von ESAS-Dpr mit den anderen Ultra-Kurz-Screening-Instrumenten PHQ-2 und DT. Dabei wurde zum ersten Mal ein Vergleich zwischen ESAS-Dpr und PHQ-2 durchgeführt und eine limitierte Screening-Fähigkeit von ESAS-Dpr bei palliativ erkrankten Patienten gemessen. Des Weiteren konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass im vorliegenden Patientenkollektiv das DT und ESAS-Dpr keine ausreichende Übereinstimmung besitzen um im deutschen Raum synonym verwendet werden zu können. Die zugrundeliegende deutsche Übersetzung der englischen Begrifflichkeiten 'distress' als Belastung und 'depression' als Depression wurde als ausschlaggebend für dieses Ergebnis vermutet. 
In der Zusammenschau der Ergebnisse dieser Studie entstand ein Algorithmus für das Erfassen von Depressivität bei palliativ-onkologisch erkrankten Erwachsenen im alltäglichen und praktischen Gebrauch.
N2  - This dissertation examines the screening ability of ESAS-Dpr and DT in contrast to PHQ-2, in terms of their ability to measure symptoms of depression in a palliative-oncological context in Germany. The aim of this study was to formulate a recommendation as to whether screening for such symptoms best be done in accordance with the Cancer Care Ontario guideline or the S3-guideline for palliative medicine. In addition the study was designed to determine whether ESAS-Dpr and DT are interchangeable in a German speaking setting. 
The results of this dissertation demonstrate the weak agreement between ESAS-Dpr and the other Ultra-Short-Screening instruments tested. This study is the first to compare ESAS-Dpr and PHQ-2 and finds a limited screening capability for ESAS-Dpr to suitably screen for depression in palliative patients. The dissertation was able to show that with regard to this patient population insufficient correlation could be found between DT and ESAS-Dpr for them to be interchangable in German speaking settings. The German translation of the English terms distress as ‚Belastung’ and depression as ‚Depression’ is seen as the main reason for this being the case.
In the course of this study, an algorithm for identifying depressive symtoms in palliative-oncological adults was developed for the University Würzburg.
KW  - Depression
KW  - Palliativmedizin
KW  - Krebs
KW  - Ultra-Short Screening
KW  - Depressivität
KW  - Palliativonkologie
KW  - PHQ
KW  - ESAS
KW  - Distress Thermometer
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192784
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weber, Manuel
T1  - Action-based quantum Monte Carlo approach to fermion-boson models
T1  - Wirkungsbasierte Quanten-Monte-Carlo-Methoden für Fermion-Boson-Modelle
N2  - This work deals with the development and application of novel quantum Monte Carlo methods to simulate fermion-boson models. Our developments are based on the path-integral formalism, where the bosonic degrees of freedom are integrated out exactly to obtain a retarded fermionic interaction. We give an overview of three methods that can be used to simulate retarded interactions. In particular, we develop a novel quantum Monte Carlo method with global directed-loop updates that solves the autocorrelation problem of previous approaches and scales linearly with system size. We demonstrate its efficiency for the Peierls transition in the Holstein model and discuss extensions to other fermion-boson models as well as spin-boson models. Furthermore, we show how with the help of generating functionals bosonic observables can be recovered directly from the Monte Carlo configurations. This includes estimators for the boson propagator, the fidelity susceptibility, and the specific heat of the Holstein model. The algorithmic developments of this work allow us to study the specific heat of the spinless Holstein model covering its entire parameter range. Its key features are explained from the single-particle spectral functions of electrons and phonons. In the adiabatic limit, the spectral properties are calculated exactly as a function of temperature using a classical Monte Carlo method and compared to results for the Su-Schrieffer-Heeger model.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung neuer Quanten-Monte-Carlo-Methoden zur Simulation von Fermion-Boson-Modellen. Grundlage für unsere Entwicklungen ist der Pfadintegralformalismus, in dem das exakte Ausintegrieren der bosonischen Freiheitsgrade zu einer retardierten fermionischen Wechselwirkung führt. Wir geben einen Überblick über drei Methoden, die für die Simulation retardierter Wechselwirkungen geeignet sind. Insbesondere entwickeln wir eine neue Quanten-Monte-Carlo-Methode mit globalen Updates, die das Autokorrelationsproblem früherer Ansätze löst und linear in der Systemgröße skaliert. Wir demonstrieren die Effizienz dieser Methode am Beispiel des Peierls-Übergangs im Holstein-Modell und diskutieren Erweiterungen auf andere Fermion-Boson-Modelle sowie Spin-Boson-Modelle. Des Weiteren zeigen wir, wie mithilfe erzeugender Funktionale bosonische Observablen direkt aus den Monte-Carlo-Konfigurationen berechnet werden können. Dies beinhaltet unter anderem den Boson-Propagator und die spezifische Wärme des Holstein-Modells. Die methodischen Entwicklungen dieser Arbeit erlauben es uns, die spezifische Wärme des spinlosen Holstein-Modells in seinem gesamten Parameterbereich zu untersuchen. Ihre wesentlichen Merkmale werden mithilfe der Einteilchenspektralfunktionen von Elektronen und Phononen erklärt. Im adiabatischen Grenzfall verwenden wir eine klassische Monte-Carlo-Methode, um die Temperaturabhängigkeit der Spektralfunktionen exakt zu berechnen, und vergleichen unsere Ergebnisse für das Holstein-Modell mit Resultaten für das Su-Schrieffer-Heeger-Modell.
KW  - Monte-Carlo-Simulation
KW  - Elektron-Phonon-Wechselwirkung
KW  - Peierls-Übergang
KW  - Thermodynamik
KW  - Pfadintegral
KW  - quantum Monte Carlo
KW  - Holstein model
KW  - specific heat
KW  - one-dimensional systems
KW  - Quanten-Monte-Carlo
KW  - Holstein-Modell
KW  - Spezifische Wärme
KW  - eindimensionale Systeme
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-157643
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TY  - THES
A1  - Walter, Jürgen Christian
T1  - Automation in Software Performance Engineering Based on a Declarative Specification of Concerns
T1  - Automatisierung im Software-Performance-Engineering basierend auf einer deklarativen Beschreibung von Performance-Anliegen
N2  - Software performance is of particular relevance to software system design, operation, and evolution because it has a significant impact on key business indicators. During the life-cycle of a software system, its implementation, configuration, and deployment are subject to multiple changes that may affect the end-to-end performance characteristics. Consequently, performance analysts continually need to provide answers to and act based on performance-relevant concerns. To ensure a desired level of performance, software performance engineering provides a plethora of methods, techniques, and tools for measuring, modeling, and evaluating performance properties of software systems. However, the answering of performance concerns is subject to a significant semantic gap between the level on which performance concerns are formulated and the technical level on which performance evaluations are actually conducted. Performance evaluation approaches come with different strengths and limitations concerning, for example, accuracy, time-to-result, or system overhead. For the involved stakeholders, it can be an elaborate process to reasonably select, parameterize and correctly apply performance evaluation approaches, and to filter and interpret the obtained results. An additional challenge is that available performance evaluation artifacts may change over time, which requires to switch between different measurement-based and model-based performance evaluation approaches during the system evolution. At model-based analysis, the effort involved in creating performance models can also outweigh their benefits. 
To overcome the deficiencies and enable an automatic and holistic evaluation of performance throughout the software engineering life-cycle requires an approach that: (i) integrates multiple types of performance concerns and evaluation approaches, (ii) automates performance model creation, and (iii) automatically selects an evaluation methodology tailored to a specific scenario. This thesis presents a declarative approach —called Declarative Performance Engineering (DPE)— to automate performance evaluation based on a humanreadable specification of performance-related concerns. To this end, we separate the definition of performance concerns from their solution. The primary scientific contributions presented in this thesis are:

A declarative language to express performance-related concerns and a corresponding processing framework: 
We provide a language to specify performance concerns independent of a concrete performance evaluation approach. Besides the specification of functional aspects, the language allows to include non-functional tradeoffs optionally. To answer these concerns, we provide a framework architecture and a corresponding reference implementation to process performance concerns automatically. It allows to integrate arbitrary performance evaluation approaches and is accompanied by reference implementations for model-based and measurement-based performance evaluation.

Automated creation of architectural performance models from execution traces:
The creation of performance models can be subject to significant efforts outweighing the benefits of model-based performance evaluation. We provide a model extraction framework that creates architectural performance models based on execution traces, provided by monitoring tools.The framework separates the derivation of generic information from model creation routines. To derive generic information, the framework combines state-of-the-art extraction and estimation techniques. We isolate object creation routines specified in a generic model builder interface based on concepts present in multiple performance-annotated architectural modeling formalisms. To create model extraction for a novel performance modeling formalism, developers only need to write object creation routines instead of creating model extraction software from scratch when reusing the generic framework.

Automated and extensible decision support for performance evaluation approaches:
We present a methodology and tooling for the automated selection of a performance evaluation approach tailored to the user concerns and application scenario. To this end, we propose to decouple the complexity of selecting a performance evaluation approach for a given scenario by providing solution approach capability models and a generic decision engine. The proposed capability meta-model enables to describe functional and non-functional capabilities of performance evaluation approaches and tools at different granularities. In contrast to existing tree-based decision support mechanisms, the decoupling approach allows to easily update characteristics of solution approaches as well as appending new rating criteria and thereby stay abreast of evolution in performance evaluation tooling and system technologies. 

Time-to-result estimation for model-based performance prediction: 
The time required to execute a model-based analysis plays an important role in different decision processes. For example, evaluation scenarios might require the prediction results to be available in a limited period of time such that the system can be adapted in time to ensure the desired quality of service. We propose a method to estimate the time-to-result for modelbased performance prediction based on model characteristics and analysis parametrization. We learn a prediction model using performancerelevant features thatwe determined using statistical tests. We implement the approach and demonstrate its practicability by applying it to analyze a simulation-based multi-step performance evaluation approach for a representative architectural performance modeling formalism.

We validate each of the contributions based on representative case studies. The evaluation of automatic performance model extraction for two case study systems shows that the resulting models can accurately predict the performance behavior. Prediction accuracy errors are below 3% for resource utilization and mostly less than 20% for service response time. The separate evaluation of the reusability shows that the presented approach lowers the implementation efforts for automated model extraction tools by up to 91%. Based on two case studies applying measurement-based and model-based performance evaluation techniques, we demonstrate the suitability of the declarative performance engineering framework to answer multiple kinds of performance concerns customized to non-functional goals. Subsequently, we discuss reduced efforts in applying performance analyses using the integrated and automated declarative approach. Also, the evaluation of the declarative framework reviews benefits and savings integrating performance evaluation approaches into the declarative performance engineering framework. We demonstrate the applicability of the decision framework for performance evaluation approaches by applying it to depict existing decision trees. Then, we show how we can quickly adapt to the evolution of performance evaluation methods which is challenging for static tree-based decision support systems. At this, we show how to cope with the evolution of functional and non-functional capabilities of performance evaluation software and explain how to integrate new approaches. Finally, we evaluate the accuracy of the time-to-result estimation for a set of machinelearning algorithms and different training datasets. The predictions exhibit a mean percentage error below 20%, which can be further improved by including performance evaluations of the considered model into the training data. The presented contributions represent a significant step towards an integrated performance engineering process that combines the strengths of model-based and measurement-based performance evaluation. The proposed performance concern language in conjunction with the processing framework significantly reduces the complexity of applying performance evaluations for all stakeholders. Thereby it enables performance awareness throughout the software engineering life-cycle. The proposed performance concern language removes the semantic gap between the level on which performance concerns are formulated and the technical level on which performance evaluations are actually conducted by the user.
N2  - Die Performanz von Software ist von herausgehobener Relevanz für das Design, den Betrieb und die Evolution von Softwaresystemen, da sie den Geschäftserfolg stark beinflusst. Während des Softwarelebenszyklus ändern sich die Implementierung und die Art der Bereitstellung mehrfach, was jeweils das Ende-zu-Ende Verhalten bezüglich der Performanz beeinflussen kann. Folglich muss sich kontinuierlich mit Fragestellungen der Leistungsbewertung beschäftigt werden. Um performantes Verhalten sicherzustellen gibt es im “Software Performance Engineering” bereits eine Vielzahl an Methoden, Techniken und Werkzeugen um Performanzeigenschaften von Softwaresystemen zu messen, zu modellieren und zu evaluieren. Jedoch unterliegt die Beantwortung von konkreten Fragestellungen einem Missverhältnis zwischen dem einfachen Formulieren von Fragestellungen und dem sehr technischen Level auf dem die Fragen beantwortet werden. Verfahren zur Bestimmung von Performanzmetriken haben unterschiedliche Stärken und Einschränkungen, u.a. bezüglich Genauigkeit, Lösungsgeschwindigkeit oder der erzeugten Last auf dem System. Für die beteiligten Personen ist es ein nicht-trivialer Prozess ein passendes Verfahren zur Performanzevaluation auszuwählen, es sinnvoll zu parametrisieren, auszuführen, sowie die Ergebnisse zu filtern und zu interpretieren. Eine zusätzliche Herausforderung ist, dass sich die Artefakte, um die Leistung eines Systemes zu evaluieren, im zeitlichen Verlauf ändern, was einenWechsel zwischen messbasierten und modellbasierten Verfahren im Rahmen der Systemevolution nötig macht. Bei der modellbasierten Analyse kann zudem der Aufwand für die Erstellung von Performance-Modellen den Nutzen überwiegen.
Um die genannten Defizite zu überwinden und eine ganzheitliche, automatisierte Evaluierung der Leistung während des Software-Entwicklungszyklus zu erreichen ist ein Ansatz von Nöten, der: (i) unterschiedliche Arten von Performanzanliegen und Evaluationsmethoden integriert, (ii) die Erstellung von Performanzmodellen automatisiert und (iii) automatisch eine Methodik zur Evaluation zugeschnitten auf ein spezielles Analyseszenario auswählt. Diese Arbeit präsentiert einen beschreibenden Ansatz, Declarative Performance Engineering (DPE) genannt, um die Evaluation von Performanzfragestellungen basierend auf einem menschenlesbaren Spezifikation zu automatisieren.

Zu diesem Zweck trennen wir die Spezifikation von Performanzanliegen von deren Beantwortung. Die wissenschaftlichen Hauptbeiträge dieser Arbeit sind:

Eine beschreibende Sprache um performanzrelevante Fragestellungen auszudrücken und ein Framework um diese zu beantworten: 
Wir präsentieren eine Sprache, um Performanzanliegen unabhängig von der Evaluationsmethodik zu beschreiben. Neben der Spezifikation von funktionalen Aspekten können auch nicht-funktionale Abwägungsentscheidungen beschrieben werden. Um die spezifizierten Anliegen zu beantworten präsentieren wir eine Frameworkarchitektur und eine entsprechende Referenzimplementierung,um Anliegen automatisch zu beantworten. Das Framework bietet die Möglichkeit beliebige Evaluationsmethodiken zu integrieren und wird ergänzt durch Referenzimplementierungen zur messbasierten und modellbasierten Performanzevaluation.

Automatische Extraktion von architekturellen Performanzemodellen aus Messdatenzur Anwendungsperformanz:
Der signifikante Aufwand zur Erstellung von Performanzmodellen kann deren Vorteile überlagern. Wir schlagen einen Framework zur automatischen Erstellung vor, welches Modelle aus Messdaten extrahiert. Das präsentierte Framework trennt das Lernen von generischen Aspekten von Modellerstellungsroutinen. Um generische Aspekte zu lernen kombiniert unser Framework modernste Extraktionsund Schätztechniken. Wir isolieren Objekterstellungsroutinen, die in einer generischen Schnittstelle zur Modellerzeugung angegeben sind, basierend auf Konzepten die in mehreren Performanz-annotierten Architekturmodellen vorhanden sind. Um eine Modellextraktion für einen neuen Formalismus zu erstellen müssen Entwickler müssen nur die Erstellung von Objekterstellungsroutinen schreiben statt eine Modell-Extraktionssoftware von Grund auf neu zu schreiben.

Automatisierte und erweiterbare Entscheidungsunterstützung für Leistungsbewertungsansätze:
Wir präsentieren eine Methodik und Werkzeuge für die automatisierte Auswahl eines auf die Belange und Anwendungenszenarien der Benutzer zugeschnittenen Leistungsbewertungsansatzes. Zu diesem Zweck schlagen wir vor, die Komplexität der Auswahl eines Leistungsbewertungsansatzes für ein gegebenes Szenario zu entkoppeln. Dies geschieht durch Bereitstellung von Fähigkeitsmodellen für die Lösungsansätze und einen generische Entscheidungsmechanismus. Das vorgeschlagene Fähigkeits-Metamodell ermöglicht es, funktionale und nichtfunktionale Fähigkeiten von Leistungsbewertungsansätzen und Werkzeugen in verschiedenen Granularitäten zu modellieren. Im Gegensatz zu bestehenden baumbasierten Entscheidungensmechanismen ermöglicht unser Ansatz die einfache Aktualisierung von Merkmalen von Lösungsansätzen sowie das Hinzufügen neuer Bewertungskriterien und kann dadurch einfach aktuell gehalten werden.

Eine Methode zur Schätzung der Analysezeit für die modellbasierte Leistungsvorhersage:
Die Zeit, die für die Durchführung einer modellbasierten Analyse benötigt wird, spielt in verschiedenen Entscheidungsprozessen eine wichtige Rolle. Beispielsweise können Auswertungsszenarien erfordern, dass die Vorhersageergebnisse in einem begrenzten Zeitraum zur Verfügung stehen, so dass das System rechtzeitig angepasst werden kann, um die Dienstgüte sicherzustellen.Wir schlagen eine Methode vor, um die Zeit bis zum Ergebnis für modellbasierte Leistungsvorhersage basierend auf Modelleigenschaften und Analyseparametrisierung zu schätzen. Wir lernen ein Vorhersagemodell anhand von leistungsrelevanten Merkmalen, die wir mittels statistischer Tests ermittelt haben. Wir implementieren den Ansatz und demonstrieren seine Praktikabilität, indem wir ihn auf einen mehrstufiger Leistungsbewertungsansatz anwenden. Wir validieren jeden der Beiträge anhand repräsentativer Fallstudien. Die Evaluierung der Leistungsmodellextraktion für mehrere Fallstudiensysteme zeigt, dass die resultierenden Modelle das Leistungsverhalten genau vorhersagen können. Fehler bei der Vorhersagegenauigkeit liegen für die Ressourcennutzung unter 3% und meist weniger als 20% für die Service-Reaktionszeit. Die getrennte Bewertung derWiederverwendbarkeit zeigt, dass der Implementierungsaufwand zur Erstellung von Modellextraktionswerkzeugen um bis zu 91% gesenkt werden kann. 

Wir zeigen die Eignung unseres Framworks zur deklarativen Leistungsbewertung basierend auf zwei Fallstudien die mess- und model-basierte Leistungsbewertungstechniken zur Beantwortung verschiedenster Performance-Anliegen zugeschnitten auf Nutzerbedürfnisse anwenden. Anschließend diskutieren wir die Einsparungen durch den integrierten und automatisierten Ansatz. Des weiteren untersuchen wir die Vorteile der Integration vonweiteren Leistungsbewertungsansätzen in den deklarativen Ansatz.Wir demonstrieren die Anwendbarkeit unseres Entscheidungsframeworks für Leistungsbewertungsansätze, indem wir den Stand der Technik für Entscheidungsunterstützung abbilden. Anschließend zeigen wir die leichte Anpassbarkeit, was für baumbasierte Entscheidungsunterstützungssysteme eine signifikante Herausforderung darstellt. Hierbei zeigen wir wie man Änderungen funktionaler und nichtfunktionaler Fähigkeiten von Leistungsbewertungssoftware sowie neue Ansätze integriert. Abschließend bewerten wir die Genauigkeit der Zeit-zu-Ergebnis-Schätzung für eine Reihe von maschinellen Lernalgorithmen und verschiedenen Trainingsdatensätzen. Unser Vorhersagen zeigen einen mittleren prozentualen Fehler von weniger als 20%, die weiter verbessert werden können durch Berücksichtigung von Leistungsbewertungen des betrachteten Modells in den Trainingsdaten.

Die vorgestellten Beiträge sind ein bedeutender Schritt hin zu einem integrierten Performance-Engineering-Prozess, der die Stärken von modellbasierter und messbasierter Leistungsbewertung kombiniert. Die vorgeschlagene Sprache um Performanzanliegen zu spezifizieren reduziert in Verbindung mit dem Beantwortungsframework die Komplexität der Anwendung von Leistungsbewertungen für alle Beteiligten deutlich und ermöglicht dadurch ein Leistungsbewusstsein im gesamten Softwarelebenszyklus. Damit entfernt die vorgeschlagene Sprache die Diskrepanz zwischen einem einfachen Fragen bezüglich der Leistung und der sehr technische Ebene auf der Leistungsbewertungen tatsächlich ausgeführt werden.
KW  - Software
KW  - Declarative Performance Engineering
KW  - Model-based Performance Prediction
KW  - Measurement-based Analysis
KW  - Decision Support
KW  - Leistungsbewertung
KW  - Software Performance Engineering
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180904
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wahl, Joachim
T1  - The Use of Ionic Liquids in Capillary Electrophoresis Enantioseparation
T1  - Die Nutzung Ionischer Flüssigkeiten in der kapillarelektrophoretischen Enantiomerentrennung
N2  - Two chiral chemical molecules being mirror images of each other, also referred to as enantiomers, may have different pharmacokinetic, pharmacodynamic, and toxicological effects. Thus, pharmaceutical manufacturers and authorities are increasingly interested in the approval of enantiopure drugs. However, the isomeric purity and the limits for isomeric impurities have to be specified applying enantioselective analytical methods, such as capillary electrophoresis.
The separation of enantiomers in capillary electrophoresis may be improved by the addition of ionic liquids to the background electrolyte. The aim of this work was to investigate the influence of different separation conditions on the enantioseparation of phenethylamines in background electrolytes containing ionic liquids based on tetrabutylammonium cations.
Best chiral separations were achieved at acidic pH values using phosphate buffers containing 125 mmol/L tetrabutylammonium based salts. Different reasons explaining enhanced enantioseparations in buffers containing ionic liquids were found. First, due to an improvement of the cyclodextrin solubility, the addition of ionic liquids to the background electrolyte enables the use of higher concentrations of these chiral selector. Furthermore, the adsorption of tetrabutylammonium cations to the negatively charged capillary surface results in a reduction of the electroosmotic flow. Hence, the resulting prolongation of migration times leads to a longer period of time for the separation of temporarily formed diastereomeric analyte cyclodextrin complexes, which yields improved enantioseparation. Additionally, due to a decrease of the adsorption of positively charged phenethylamine analyte molecules to capillary surface silanol groups, the adsorption of ionic liquid cations inhibits peak broadening. A further reason explaining an enhanced enantioseparation by the addition of ionic liquids to the background electrolyte is a competition between tetrabutylammonium cations and analyte enantiomers for the inclusion into cyclodextrin cavities.
Furthermore, the influence of different chiral counterions, combined with tetrabutylammonium cations, on the enantioseparation of phenethylamines was investigated. Solely anions based on the basic proteinogenic amino acids L lysine and L arginine yielded chiral separation results superior to those achieved using achiral tetrabutylammonium chloride as background electrolyte additive. Especially the application of tetrabutylammonium L argininate gave very good enantioseparations of all investigated ephedrine derivatives, which might be explained by the ability of L arginine to affect the formation of complexes between analytes and cyclodextrins.
Besides the investigation of the influence of ionic liquids on the enantioseparation, complexes between phenethylamine enantiomers and β cyclodextrin derivatives were characterized by affinity capillary electrophoresis. The binding constants between analyte enantiomers and cyclodextrins and the electrophoretic mobilities of the temporarily formed complexes were determined and compared to the observed chiral resolution values. While neither the calculated binding constants nor their differences correlated with the quality of the enantioseparation, a strong correlation between the differences of the electrophoretic mobilities of the complexes and the chiral resolution values was found.
N2  - Chemische Moleküle, die sich zueinander wie Bild und Spiegelbild verhalten, so genannte Enantiomere, können im menschlichen Organismus unterschiedliche pharmakodynamische und toxikologische Wirkungen zeigen. Aus diesem Grund legen pharmazeutische Unternehmen und Arzneimittelbehörden vermehrten Wert auf die Zulassung enantiomerenreiner Arzneistoffe. Da sowohl die Reinheit eines Enantiomers als auch der Gehalt an isomeren Verunreinigungen spezifiziert werden müssen, besteht ein zunehmender Bedarf an analytischen Methoden zur Enantiomerentrennung, wie zum Beispiel der Kapillarelektrophorese.
Das Ziel dieser Arbeit war die Verbesserung der kapillarelektrophoretischen Enantiomerentrennung von Ephedrin Derivaten unter Zuhilfenahme von auf Tetrabutylammonium basierenden Ionische Flüssigkeiten. Der Einfluss diverser Parameter auf die Trennung von Phenethylamin-Enantiomeren in Puffern, die Ionische Flüssigkeiten enthalten, wurde systematisch untersucht.
Dabei konnten die besten Trennergebnisse unter stark sauren Bedingungen in Phosphatpuffern, die 125 mmol/L Tetrabutylammonium Salze enthielten, erreicht werden. Verschiedene Faktoren, die zu einer Verbesserung der Enantiomerentrennung führten, konnten festgestellt werden. Erstens wurde eine Verbesserung der Cyclodextrin-Löslichkeit durch die Zugabe von Ionischen Flüssigkeiten zum Trennpuffer festgestellt. Dies ermöglicht eine Verwendung höherer Konzentrationen dieser chiralen Selektoren. Des Weiteren führt eine Anlagerung von Tetrabutylammonium-Kationen an die negativ geladene Oberfläche der Kapillare zu einer Reduktion des elektroosmotischen Flusses. Daraus resultiert einerseits eine Verlängerung der Migrationszeiten, die bewirkt, dass eine längere Zeit zur Trennung der temporär gebildeten diastereomeren Cyclodextrin-Einlagerungskomplexe zur Verfügung steht. Andererseits wird durch die Adsorption von Tetrabutylammonium-Kationen an die Kapillarwand die Anlagerung von positiv geladenen Phenethylamin-Analyten an die Silanoloberfläche verhindert. Dies führt durch eine Reduktion der Peakbreite zu einer Verbesserung der Trennergebnisse. Als dritter Grund für verbesserte Trennungen nach Zugabe von Ionischer Flüssigkeit zum Trennpuffer kann ein kompetitiver Mechanismus zwischen Analyt Enantiomeren und Tetrabutylammonium-Kationen um den Einschluss in Cyclodextrine aufgeführt werden.
Zusätzlich wurde der Einfluss verschiedener chiraler Gegenionen, die mit Tetrabutylammonium-Kationen kombiniert wurden, auf die Trennung von Phenethylamin-Enantiomeren untersucht. Dabei konnte ausschließlich unter Verwendung von Anionen der basischen proteinogenen Aminosäuren L Lysin und L Arginin eine Verbesserung der Trennung beobachtet werden. Vor allem die Verwendung von L Arginin, für welches eine Beeinflussung der Komplexbildung zwischen Analyten und Cyclodextrin vermutet wird, ergab eine starke Verbesserung der Trennung aller Ephedrin Derivate.
Neben der Untersuchung des Einflusses von Ionischen Flüssigkeiten auf die kapillarelektrophoretische Trennung wurde auch die Komplexbildung zwischen Phenethylamin-Enantiomeren und verschiedenen β Cyclodextrin Derivaten mittels Affinitätskapillarelektro-phorese untersucht. Die Bindungskonstanten zwischen Analyt-Enantiomeren und Cyclodextrinen und die elektrophoretische Mobilität der gebildeten Komplexe wurden bestimmt und mit den dabei beobachteten chiralen Trennungen verglichen. Dabei konnte eine starke Korrelation zwischen den Unterschieden in den elektrophoretischen Mobilitäten der Komplexe und der Güte der Enantiomerentrennung festgestellt werden, während kein Zusammenhang zwischen den Bindungskonstanten, beziehungsweise deren Differenzen, und der chiralen Auflösung zwischen Phenethylamin Enantiomeren zu beobachten war.
KW  - Capillary Electrophoresis
KW  - Ionic Liquid
KW  - Kapillarelektrophorese
KW  - Enantiomerentrennung
KW  - Ionische Flüssigkeit
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176397
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wagner, Wolfgang
T1  - Supramolecular Block Copolymers by Seeded Living Supramolecular Polymerization of Perylene Bisimides
T1  - Supramolekulare Blockcopolymere von Perylenbisimiden mittels saat-induzierter lebender supramolekularer Polymerisation
N2  - The research on supramolecular polymerization has undergone a rapid development in the last two decades, particularly since supramolecular polymers exhibit a broad variety of functionalities and applications in organic electronics, biological science or as functional materials (Chapter 2.1). Although former studies have focused on investigation of the thermodynamics of supramolecular polymerization (Chapter 2.2), the academic interest in the recent years shifted towards gaining insight into kinetically controlled self-assembly and pathway complexity to generate novel out-of-equilibrium architectures with interesting nanostructures and features (Chapter 2.3). Along this path, the concepts of seeded and living supramolecular polymerization were recently developed to enable the formation of supramolecular polymers with controlled length and low polydispersity under precise kinetic control (Chapter 2.4). Besides that, novel strategies were developed to achieve supramolecular copolymerization resulting in complex multicomponent nanostructures with different structural motives. The classification of these supramolecular copolymers on the basis of literature examples and an overview of previously reported principles to create such supramolecular architectures are provided in Chapter 2.5.
The aim of the thesis was the non-covalent synthesis of highly desirable supramolecular block copolymers by the approach of living seeded supramolecular polymerization and to study the impact of the molecular shape of the monomeric building blocks on the supramolecular copolymerization. Based on the structure of the previously investigated PBI organogelator H-PBI a series of novel PBIs, bearing identical hydrogen-bonding amide side-groups in imide-position and various kind or number of substituents in bay-position, was synthesized and analyzed within this thesis. The new PBIs were successfully obtained in three steps starting from the respective bromo-substituted perylene-3,4:9,10-tetracarboxylic acid tetrabutylesters or from the N,N’-dicyclohexyl-1,7-dibromoperylene-3,4:9,10-tetracarboxylic acid bisimide. All target compounds were obtained in the final step by imidization reactions of the respective perylene tetracarboxylic acid bisanhydride precursors with N-(2-aminoethyl)-3,4,5-tris(dodecyloxy)-benzamide and were fully characterized by 1H and 13C NMR spectroscopy as well as high resolution mass spectrometry.
The variation of bay-substituents strongly changes the optical properties of the monomeric PBIs which were investigated by UV/vis and fluorescence spectroscopy. The increase of the number of the methoxy-substituents provokes, for example, a red-shift of the absorption maxima concomitant with a decrease of extinction coefficients and leads to a drastic increase of the fluorescence quantum yields. Furthermore, the molecular geometry of the PBIs is also affected by variations of the bay-substituents. Thus, increasing the steric demand of the bay-substituents leads to an enlargement of the twist angles of the PBI cores as revealed by DFT calculations.
Especially the 1,7-dimethoxy bay-substituted MeO-PBI proved to be very well-suited for the studies envisioned within this thesis. The self-assembly of this PBI derivative was analyzed in detail by UV/vis, fluorescence and FT-IR spectroscopy as well as atomic force microscopy (Chapter 3). These studies revealed that MeO-PBI forms in a solvent mixture of methylcyclohexane and toluene (2:1, v/v) kinetically trapped off-pathway H-aggregated nanoparticles upon fast cooling of a monomeric solution from 90 to 20 °C. However, upon slow cooling of the monomer solution fluorescent J-type nanofibers are formed by π π interactions and intermolecular hydrogen-bonding.
The kinetically metastable off-pathway H-aggregates can be transformed into the thermodynamically more favored J-type aggregates by addition of seeds, which are produced by ultrasonication of the polymeric nanofibers. Interestingly, the living character of this seed-induced supramolecular polymerization process was proven by a newly designed multicycle polymerization experimental protocol. This living polymerization experiment clearly proves, that the polymerization can only occur at the “active” ends of the polymeric seed and that almost no recombination or chain termination processes are present. Hence, the approach of living supramolecular polymerization enables the formation of supramolecular polymers with controlled length and narrow polydispersity.
In Chapter 4 the copolymerization of MeO-PBI with the structurally similar 1,7-dichloro (Cl-PBI) and 1,7-dimethylthio (MeS-PBI) bay-substituted PBIs is studied in detail. Both PBIs form analogous to MeO-PBI kinetically trapped off-pathway aggregates, which can be converted into the thermodynamically stable supramolecular polymers by seed-induced living supramolecular polymerization under precise kinetic control. However, the stability of the kinetically trapped aggregates of Cl-PBI and MeS-PBI is distinctly reduced compared to that of MeO-PBI, because the π-π-interactions of the kinetically metastable aggregates are hampered through the increased twisting of the PBI-cores of the former PBIs. UV/vis studies revealed that the two-component seeded copolymerization of the kinetically trapped state of MeO-PBI with seeds of Cl-PBI leads to the formation of unprecedented supramolecular block copolymers with A-B-A pattern by a living supramolecular polymerization process at the termini of the seeds. Remarkably, the resulting A-B-A block pattern of the obtained copolymers was clearly confirmed by atomic force microscopy studies as the respective blocks formed by the individual monomeric units could be distinguished by the pitches of the helical nanofibers.
Moreover, detailed UV/vis and AFM studies have shown that by inverted two-component seed-induced polymerization, e.g., upon addition of seeds of MeO-PBI to the kinetically trapped aggregates of Cl-PBI, triblock supramolecular copolymers with B-A-B pattern can be generated. The switching of the block pattern could only be achieved because of the perfectly matching conditions for the copolymerization process and the tailored molecular geometry of the individual building blocks of both PBIs. These studies have demonstrated for the first time, that the block pattern of a supramolecular copolymer can be modulated by the experimental protocol through the approach of living supramolecular polymerization. Furthermore, by UV/vis analysis of the living copolymerization of MeO-PBI and MeS-PBI similar results were obtained showing also the formation of both A-B-A and B-A-B type supramolecular block copolymers. Although for these two PBIs the individual blocks could not be identified by AFM because the helical nanofibers of both PBIs exhibit identical helical pitches, these studies revealed for the first time that the approach of seeded living polymerization is not limited to a special pair of monomeric building blocks.
In the last part of the thesis (Chapter 5) a systematic study on the two-component living copolymerization of PBIs with various sterical demanding bay-substituents is provided. Thus, a series of PBIs containing identical hydrogen-bonding amide groups in imide position but variable number (1-MeO-PBI, MeO-PBI, 1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12-MeO-PBI) or size (EtO-PBI, iPrO-PBI) of alkoxy bay-substituents was investigated. The molecular geometry of the monomeric building blocks has a strong impact on the thermodynamically and even more pronounced on the kinetically controlled aggregation in solvent mixtures of MCH and Tol. While the mono- and dialkoxy-substituted PBIs form kinetically metastable species, the self-assembly of the tri- and tetramethoxy-substituted PBIs (1,6,7-MeO-PBI and 1,6,7,12-MeO-PBI) is completely thermodynamically controlled. The two 1,7-alkoxy substituted PBIs (EtO-PBI, iPrO-PBI) form very similar to MeO-PBI kinetically off-pathway H-aggregates and thermodynamically more favored J-type aggregates. However, the stability of the kinetically metastable state is drastically lower and the conversion into the thermodynamically favored state much faster than for MeO-PBI. In contrast, the monomethoxy-substituted PBI derivative (1-MeO-PBI) forms a kinetically trapped species by intramolecular hydrogen-bonding of the monomers, which can be transformed into the thermodynamically favored nanofibers by seeded polymerization.
Importantly, the two-component seeded copolymerization of the kinetically trapped MeO PBI with seeds of other PBIs of the present series was studied by UV/vis and AFM revealing that the formation of supramolecular block copolymers is only possible for appropriate combinations of PBI building blocks. Thus, the seeded polymerization of the trapped state of the moderately core-twisted MeO-PBI with the, according to DFT-calculations, structurally similar PBIs (EtO-PBI and iPrO-PBI) leads to the formation of A-B-A block copolymers, like in the seeded copolymerization of MeO-PBItrapped with seeds of Cl-PBI and MeS-PBI already described in Chapter 4. However, by addition of seeds of the almost planar PBIs (H-PBI and 1-MeO-PBI) or seeds of the strongly core-twisted PBIs (1,6,7-MeO-PBI and 1,6,7,12-MeO-PBI) to the kinetically trapped state of MeO-PBI no block copolymers can be obtained. The mismatching geometry of these molecular building blocks strongly hampers both the intermolecular hydrogen-bonding and the π-π-interactions between the two different PBIs and consequently prevents the copolymerization process.
Furthermore, the studies of the two-component seeded copolymerization of the kinetically trapped species of 1-MeO-PBI with seeds of the other PBIs also corroborated that a precise shape complementarity is crucial to generate supramolecular block copolymers. Thus, by addition of seeds of H-PBI to the kinetically trapped monomers of 1-MeO-PBI supramolecular block copolymers were generated. Both PBIs exhibit an almost planar PBI core according to DFT-calculations leading to strong non-covalent interactions between these PBIs. This perfectly matching geometry of both PBIs also enables the inverted seeded copolymerization of the kinetically trapped monomers of H-PBI with 1-MeO-PBIseed concomitant with a switching of the block pattern of the supramolecular copolymer from A-B-A to B-A-B type. In contrast, the seeding with the moderately twisted (MeO-PBI, EtO-PBI and iPrO-PBI) and the strongly twisted PBIs (1,6,7-MeO-PBI and 1,6,7,12 MeO-PBI) has no effect on the kinetically trapped state of 1-MeO-PBI, because the copolymerization of these PBIs is prevented by the mismatching geometry of the molecular building blocks.
In conclusion, the supramolecular polymerization and two-component seeded copolymerization of a series of PBI monomers was investigated within this thesis. The studies revealed that the thermodynamically and kinetically controlled self-assembly can be strongly modified by subtle changes of the monomeric building blocks. Moreover, the results have shown that living supramolecular polymerization is an exceedingly powerful method to generate unprecedented supramolecular polymeric nanostructures with controlled block pattern and length distribution. The formation of supramolecular block copolymers can only be achieved under precise kinetic control of the polymerization process and is strongly governed by the shape complementarity already imparted in the individual components. Thus, these insightful studies might enable a more rational design of monomeric building blocks for the non-covalent synthesis of highly complex supramolecular architectures with interesting properties for possible future applications, e.g., as novel functional materials.
N2  - Das Forschungsgebiet der supramolekularen Polymerisation hat sich in den letzten Jahrzehnten sehr rasch entwickelt, zumal da supramolekulare Polymere eine Fülle an Anwendungsmöglichkeiten in der organischen Elektronik, der Biologie oder als Funktionsmaterialen bieten (Kapitel 2.1). Während frühere Studien den Fokus auf die Untersuchung der Thermodynamik der supramolekularen Polymerisation gelegt haben (Kapitel 2.2), hat sich das akademische Interesse in jüngster Zeit dahingehend verschoben, Einblicke in kinetisch kontrollierte Selbstassemblierungsprozesse zu erhalten, um neuartige Strukturen mit faszinierenden Eigenschaften zu generieren (Kapitel 2.3). Im Zuge dieser Entwicklung wurde das Konzept der Saat-induzierten und der lebenden supramolekularen Polymerisation entwickelt, welche die Bildung von supramolekularen Polymeren mit geringer Polydispersität in kinetisch kontrollierten Prozessen ermöglichen (Kapitel 2.4). Des Weiteren wurden neue Strategien zu Erzeugung von Nanostrukturen entwickelt, die aus verschiedenen Komponenten aufgebaut sind und somit neue komplexe Strukturmotive zeigen. Eine Einteilung dieser supramolekularen Copolymere anhand einiger Literaturbeispiele und eine kurze Übersicht über die bisherigen Methoden, solche supramolekularen Strukturen zu erzeugen ist in Kapitel 2.5 dargestellt.
Das Ziel der Doktorarbeit war die nicht-kovalente Synthese von erstrebenswerten supramolekularen Blockcopolymeren mittels lebender Saat-induzierter Polymerisation und zu erforschen, wie die molekulare Form der Monomerbausteine die supramolekulare Copolymerisation beeinflusst. Basierend auf der Molekülstruktur des zuvor untersuchten Perylenbisimidfarbstoffes H-PBI wurden in dieser Arbeit eine Reihe von neuen Perylenbisimiden mit identischen Amid-Seitengruppen in Imidposition und unterschiedlicher Art oder Anzahl von Buchtsubstituenten synthetisiert und charakterisiert. Die neuen Perylenbisimide wurden erfolgreich in drei Stufen durch neu entwickelte Syntheserouten erhalten, wobei von den jeweiligen Brom substituierten Perylen-3,4:9,10-tetracarbonsäuretetrabutylestern oder von N,N‘ Dicyclohexyl-1,7-dibromperylen-3,4:9,10-tetracarbonsäurebisimid ausgegangen wurde. Alle Zielverbindungen wurden im letzten Syntheseschritt mittels einer Imidisierungsreaktion der jeweiligen Perylenbisanhydridvorstufen mit N (2-Aminoethyl)-3,4,5-tris(dodecyloxy)benzamid erhalten und mittels 1H- und 13C NMR-Spektroskopie sowie mit hochauflösender Massenspektrometrie charakterisiert.
Die Variation der Buchtsubstituenten hat einen starken Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Perylenbisimidmonomere, was mittels UV/vis- und Fluoreszenzspektroskopie untersucht wurde. Die ansteigende Zahl der Methoxysubstituenten verursacht zum Beispiel eine Rotverschiebung der Absorptionsmaxima, welche mit einer Abnahme der Extinktionskoeffizienten einhergeht, und führt zu einem starken Anstieg der Fluoreszenzquantenausbeute. Außerdem wird auch die Molekülgeometrie der Perylenbisimide durch die Variation der Buchtsubstituenten beeinflusst. Mittels DFT-Rechnungen konnte gezeigt werden, dass eine Zunahme des sterischen Anspruchs der Buchtsubstituenten eine Vergrößerung des Torsionswinkels der Perylenbisimidkerne zur Folge hat.
Als besonders geeignet für die im Rahmen dieser Arbeit anvisierten Studien erwies sich das mit zwei Methylgruppen in 1,7-Buchtposition substituierte MeO-PBI. Die Selbstassemblierung dieses 1,7-Dimethoxy-substituierten Perylenbisimid-Derivates wurde mit Hilfe von UV/vis-, Fluoreszenz- und FT-IR-Spektroskopie sowie mittels Rasterkraftmikroskopie detailliert analysiert (Kapitel 3). Diese Studien haben gezeigt, dass MeO-PBI in einem Lösungsmittelgemisch aus Methylcyclohexan und Toluol (2:1, v/v) in einem kinetisch kontrollierten Prozess durch schnelles Abkühlen der Monomerlösung von 90 auf 20 °C „off-pathway“ Nanopartikel ausbildet. Durch langsames Abkühlen der Monomerlösung entstehen hingegen fluoreszierende, J-aggregierte Nanofasern aufgrund von π-π-Wechselwirkungen und intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen. Die kinetisch metastabilen „off-pathway“ H-Aggregate können durch Zugabe einer polymeren J-Aggregat-Saat, welche durch eine Behandlung der polymeren Nanofasern mit Ultraschall gewonnen werden kann, in die thermodynamisch begünstigten J-Aggregate transformiert werden. Außerdem wurde der lebende Charakter dieser supramolekularen Saat-induzierten Polymerisation durch ein neu entworfenes multizyklisches Versuchsprotokoll nachgewiesen. Diese Experimente zur lebenden supramolekularen Polymerisation zeigen deutlich, dass der Polymerisationsprozess nur an den „aktiven“ Enden der polymeren Saat stattfinden kann und dass außerdem kaum Rekombinations- oder Kettenterminationsprozesse auftreten. Folglich ermöglicht die Methode der lebenden supramolekularen Polymerisation die Synthese von supramolekularen Polymeren mit kontrollierbarer Polymerlänge und geringer Polydispersität.
In Kapitel 4 wird die Copolymerisation von MeO-PBI mit den strukturell ähnlichen 1,7 Dichlor- (Cl-PBI) und 1,7-Dimethylthiosubstituierten (MeS-PBI) Perylenbisimiden ausgeführt. Beide neuen Perylenbisimide bilden analog zu MeO-PBI „off-pathway“ Aggregate, die durch Saatzugabe in einem kinetisch kontrollierten Prozess in die thermodynamisch stabileren supramolekularen Polymere umgewandelt werden können. Die Stabilität der kinetisch gefangenen Aggregate von Cl-PBI und MeS-PBI ist jedoch verglichen mit den metastabilen Aggregaten von MeO-PBI deutlich geringer, da die π π Wechselwirkungen zwischen den molekularen Bausteinen aufgrund des vergrößerten Torsionswinkels der Peryleneinheiten stark reduziert sind. UV/vis-spektroskopische Studien zeigen, dass die Saat-induzierte Copolymerisation des kinetisch gefangenen Zustandes von MeO-PBI mit der Saat von Cl-PBI durch einen lebenden Kettenwachstumsprozess an den Polymerenden der Saat zur Ausbildung von neuartigen supramolekularen Blockcopolymeren mit A B A Blockstruktur führt.
Die erzeugte A-B-A-Blockstruktur der erhaltenen Copolymere konnte eindeutig mittels Rasterkraftmikroskopie bestätigt werden, da die jeweiligen Polymerblöcke bestehend aus den einzelnen monomeren Einheiten anhand der Ganghöhe der helikalen Nanofasern unterschieden werden können. Ausführliche UV/vis- und Rasterkraftmikroskopiestudien haben außerdem demonstriert, dass, zum Beispiel durch Zugabe der Saat von MeO-PBI zu den kinetisch gefangenen Aggregaten von Cl PBI, Triblockcopolymere mit B-A-B-Blockstruktur in einer invertierten Saat-induzierten Zweikomponenten-Copolymerisation, erzeugt werden können. Dieser Wechsel der Blockstruktur kann nur durch perfekt abgestimmte Bedingungen für die Copolymerisation und bei übereinstimmender Molekülgeometrie der Monomereinheiten erreicht werden. Diese Studien zeigen erstmals, dass die Blockstruktur der supramolekularen Polymere durch das Versuchsprotokoll der lebenden supramolekularen Polymerisation variiert werden kann. Des Weiteren lieferten UV/vis-spektroskopische Untersuchungen der lebenden Copolymerisation von MeO-PBI und MeS-PBI ähnliche Ergebnisse, was darauf hindeutet, dass ebenfalls supramolekulare Blockcopolymere mit A-B-A- und B-A-B-Struktur gebildet werden können. Obwohl die einzelnen Polymerblöcke in diesem Fall wegen der identischen Helixganghöhe der Nanofasern nicht zugeordnet werden konnten, so zeigten diese Experimente doch, dass die Methode der Saat-induzierten lebenden Polymerisation nicht auf ein spezielles Paar von Monomerbausteinen limitiert ist.
Im letzten Abschnitt der Doktorarbeit (Kapitel 5) wird eine systematische Studie der lebenden Zweikomponenten-Copolymerisation von Perylenbisimiden mit unterschiedlich sterisch anspruchsvollen Buchtsubstituenten dargestellt. Dementsprechend wurde eine Reihe von Perylenbisimiden mit identischen Amidseitenketten, aber unterschiedlicher Anzahl (1-MeO-PBI, MeO-PBI, 1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12-MeO-PBI) oder Größe (EtO PBI, iPrO-PBI) der Alkoxybuchtsubstituenten untersucht. Die Molekülgeometrie der Monomereinheiten hat einen starken Einfluss auf das thermodynamisch und mehr noch auf das kinetisch kontrollierte Aggregationsverhalten in Lösungsmittelgemischen aus Methylcyclohexan und Toluol. Während die mono- und dialkoxysubstituierten Perylenbisimide kinetisch metastabile Zustände ausbilden, findet die Selbstassemblierung der tri- und tetramethoxysubstituierten Perylenbisimide (1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12 MeO PBI) vollständig unter thermodynamischer Kontrolle statt. Die zwei 1,7 alkoxysubstituierten Perylenbisimide (EtO-PBI, iPrO-PBI) bilden analog zu MeO PBI sowohl kinetische „off-pathway“ H-Aggregate als auch thermodynamisch begünstigte J Aggregate. Verglichen mit MeO-PBI ist jedoch die Stabilität der kinetisch metastabilen Zustände von EtO-PBI und iPrO-PBI viel geringer und die Umwandlung in die thermodynamisch stabileren Aggregate geschieht daher viel schneller. Das monomethoxysubstituierte Perylenbisimid-Derivat (1 MeO PBI) bildet im Gegensatz dazu kinetisch gefangene Monomere durch intramolekulare Wasserstoffbrücken-bindungen, welche sich durch Saat-induzierte Polymerisation in die thermodynamisch begünstigteren Nanofasern transformieren lassen.
Die Saat-induzierte Zweikomponenten-Copolymerisation des kinetisch gefangenen Zustands von MeO-PBI durch Saatzugabe der anderen Perylenbisimide der Reihe wurde mittels UV/vis-Spektroskopie und Rasterkraftmikroskopie analysiert. Diese Studien eröffneten, dass die Bildung von supramolekularen Blockcopolymeren nur für geometrisch passende Kombinationen der Perylenbisimide möglich ist. Dementsprechend führt die Saat-induzierte Polymerisation des kinetisch gefangenen Zustands von MeO-PBI mit den, laut DFT Rechnungen, strukturell ähnlichen Perylenbisimiden (EtO-PBI, iPrO-PBI) zur Bildung von A B A Blockcopolymeren, analog zu dem im Kapitel 4 beschriebenem Fall der Saat induzierten Copolymerisation mit Cl-PBI und MeS-PBI.
Die Zugabe einer Saat der planaren Perylenbisimide (H-PBI, 1-MeO-PBI) oder der Perylenbisimide mit stark verdrehten Perylenkernen (1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12 MeO PBI) zum kinetisch metastabilen Zustand von MeO-PBI führt dagegen nicht zur Bildung von Blockcopolymeren. Der Unterschied in der Molekülgeometrie dieser Monomerbausteine vermindert erheblich die Stärke der π π Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Perylenbisimiden und verhindert daher deren Copolymerisation.
Die Studien zur Saat induzierten Zweikomponenten-Copolymerisation des kinetisch gefangenen Zustands von 1-MeO-PBI mit den anderen Perylenbisimiden der Serie bestätigte weiterhin, dass eine genaue Übereinstimmung der molekularen Geometrie entscheidend für die Erzeugung von supramolekularen Blockcopolymeren ist. Durch Zugabe der Saat von H-PBI zum kinetisch metastabilen Zustand von 1-MeO-PBI konnten folglich supramolekulare Blockcopolymere generiert werden. Mittels DFT-Rechnungen wurde gezeigt, dass beide Perylenbisimide einen relativ planaren Perylenkern aufweisen, was zu sehr starken, nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen diesen beiden Monomerbausteinen führt. Die übereinstimmende Geometrie beider Perylenbisimide ermöglicht auch die invertierte Saat-induzierte Copolymerisation des kinetisch gefangenen Zustands von H-PBI mit 1-MeO-PBISaat, was mit einem Wechsel der Blockstruktur des supramolekularen Blockcopolymers von A B A zu B A B einhergeht. Die Zugabe der Saat der mäßig (EtO-PBI, iPrO PBI) und stark verdrehten Perylenbisimide (1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12-MeO-PBI) hat im Gegensatz dazu keinen Effekt auf den kinetisch gefangenen Zustand von 1-MeO-PBI, da die Copolymerisation dieser Perylenbisimide durch die Nichtübereinstimmung der Molekülgeometrie der Monomerbausteine verhindert wird.
Abschließend lässt sich zusammenfassen, dass in dieser Arbeit die supramolekulare Polymerisation und Saat-induzierte Zweikomponenten-Copolymerisation einer Reihe von Perylenbisimidmonomeren untersucht worden ist. Die Studien haben demonstriert, dass die thermodynamisch und kinetisch kontrollierten Selbstassemblierungsprozesse durch subtile Änderungen der Monomerbausteine stark variiert werden können. Außerdem zeigen die Ergebnisse, dass die lebende supramolekulare Polymerisation eine sehr leistungsfähige Methode zur Erzeugung von neuartigen supramolekularen, polymeren Nanostrukturen mit kontrollierter Blockstruktur und Längenverteilung darstellt. Die Bildung dieser supramolekularen Blockcopolymere kann nur unter präziser kinetischer Kontrolle erreicht werden und ist durch die Komplementarität der einzelnen molekularen Komponenten stark beeinflusst. Diese aufschlussreichen Studien bilden möglicherweise die Grundlage für ein rationaleres Design neuer Monomerbausteine zur nicht-kovalenten Synthese von hochkomplexen, supramolekularen Strukturen mit potentiell einzigartigen Eigenschaften für mögliche Anwendungen, beispielsweise als neuartige Funktionsmaterialien.
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - Perylenbisdicarboximide <Perylen-3,4:9,10-bis(dicarboximide)>
KW  - Lebende Polymerisation
KW  - Aggregation
KW  - Supramolecular Block Copolymers
KW  - Perylenbisimides
KW  - Kinetic Self-assembly
KW  - Living Polymerisation
KW  - Organische Chemie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193004
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wagner, Martin
T1  - Untersuchungen zu den kostimulatorischen Signalwegen PD-1/PD-L1 und CD137/CD137L beim kolorektalen Karzinom
T1  - Studies on the costimulatory pathways PD-1/PD-L1 and CD137/CD137L in colorectal carcinoma
N2  - Kostimulatorische Signalwege spielen beim Zustandekommen einer T-Zell-gebundenen Effektor-Immunantwort eine entscheidende Rolle. In dieser Arbeit wurde die Expression der Signalwege PD-1/PD-L1 und CD137/CD137L im kolorektalen Karzinom untersucht. Hierzu wurde die Expression in den Karzinomen SW480, SW620 und HT-29 mittels qRT-PCR, Western Blot und FACS analysiert.
Es konnte gezeigt werden, dass PD-1 und CD137 sowie deren Rezeptoren PD-L1 und CD137L im Kolonkarzinom auf Gen- und Proteinebene exprimiert werden. Zunehmendes Tumorzellwachstum sowie mangelnde Nährstoffversorgung führten zu deutlichen Veränderungen im Expressionsmuster, wobei sich zwischen den Kolonkarzinomen SW480/SW620 und dem Kolonkarzinom HT-29 Unterschiede aufzeigen ließen.
Durch die Untersuchungen für diese Arbeit konnten wertvolle Informationen über das Expressionsverhalten der untersuchten kostimulatorischen Signalwege gewonnen werden. Eine mögliche Schlussfolgerung ist, dass eine inhibierende PD-1/PD-L1- als auch eine CD137/CD137L-Tumorzell-vermittelte Therapie die Tumorimmunantwort gegen das kolorektale Karzinom stärken und damit das Überleben betroffener Patienten verbessern könnte.
N2  - Costimulatory pathways are important for the development of a T-cell-bound effector immune response. This work investigated the expression of the signals PD-1/PD-L1 and CD137/CD137L in colorectal carcinoma. For this purpose, the expression in the carcinomas SW480, SW620 and HT-29 was analyzed with qRT-PCR, Western Blot and FACS.
It could be shown that PD-1 and CD137 as well as their receptors PD-L1 and CD137L are expressed in colon carcinoma at gene and protein level. Increasing tumor cell growth and lack of nutrient supply led to significant changes in the expression pattern. However differences between the colon carcinomas SW480 / SW620 and the colon carcinoma HT-29 were measured.
The investigations for this work provided valuable information about the expression behavior of the studied costimulatory pathways. Both inhibitory PD-1/PD-L1 and CD137/CD137L tumor cell-mediated therapy could potentially enhance the tumor immune response against colorectal carcinoma and thus improve the survival of affected patients.
KW  - Kolonkarzinom
KW  - CD137-Antigen
KW  - Signaltransduktion
KW  - PD-1-Antigen
KW  - Kostimulatorische Signalwege
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184343
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wagner, Martin
T1  - Assoziations- und Haplotypenanalyse genetischer Veränderungen der Pannexin-Gengruppe bei Patienten mit schizophrenen Psychosen nach ICD-10 und der Klassifikation von Karl Leonhard
T1  - Association and haplotype analysis of genetic changes in the pannexin gene group in patients with schizophrenic psychosis according to ICD-10 and the classification of Karl Leonhard
N2  - Bestimmung von genetischen Veränderungen auf PANX 1-3 anhand von Einzelnukleotid Polymorphismen (SNP). Test auf Assoziation von Allelen und Haplotypen mit den schizophrenen Psychosen nach ICD-10 und der Klassifikation von Karl Leonhard in Form einer Fall-Kontroll-Studie mit 1163 Patienten und 479 Kontrollen.
N2  - Determination of genetic changes on PANX 1-3 using single nucleotide polymorphisms (SNP). Test for association of alleles and haplotypes with schizophrenic psychosis according to ICD-10 and the classification of Karl Leonhard in the form of a case-control study with 1163 patients and 479 controls.
KW  - panx1
KW  - panx2
KW  - panx3
KW  - schizophrenia
KW  - Pannexin
KW  - Schizophrenie
KW  - Karl Leonhard
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188512
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wagner, Martin
T1  - Chronic Kidney Disease as an Important Co-morbid Condition in Coronary Heart Disease Patients
T1  - Chronische Nierenerkrankung als bedeutender Risikofaktor bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit
N2  - In patients with coronary heart disease (CHD) the control of the modifiable “traditional” cardiovascular risk factors such as hypertension, dyslipidemia, diabetes, achieving/maintaining normal body weight and smoking cessation is of major importance to improve prognosis. Guideline recommendations for secondary CHD prevention include specific treatment targets for blood pressure, lipid levels, and markers of glucose metabolism for both younger and older patients. Chronic kidney disease (CKD) has been identified as a “non-traditional” risk factor for worse outcome in CHD patients, as it is associated with a markedly increased risk for subsequent CV events and mortality.
The specific objectives of the current thesis-project are to investigate (a) the quality of care in a recent sample of German CHD patients and to investigate variation of risk factor control between younger and elder patients (≤70 versus >70 years), (b) to analyze the prevalence of CKD across Europe in stable CHD patients in the outpatient setting and during a hospital stay for CHD, (c) to investigate the level of awareness of CKD in German CHD patients and their treating physicians.
Data from the European-wide EUROASPIRE IV study were used that include data on 7998 CHD patients in the ambulatory setting (study visit) and during a hospital stay for CHD (index). The German EUROASPIRE IV study center in Würzburg recruited 536 patients in 2012-2013. Risk factor control was compared against the current recommendations of the European Society of Cardiology. CKD was described by stages of glomerular filtration rate (eGFR) and albuminuria. German patients were asked in an additional kidney specific module whether they have ever been told by a physician about renal impairment. The fact that CKD or acute kidney injury (AKI) was mentioned in prominent parts of the hospital discharge letter as well as correct ICD-coding of CKD or AKI served as a proxy for physician’s awareness of CKD.
The majority of German CHD patients was treated with the recommended drug therapies including e.g. β-blockers, anti-platelets and statins. However, treatment targets for blood pressure and LDL-cholesterol levels were not achieved in many patients (45% and 53%, respectively) and glycemic control in diabetic CHD patients with HbA1-levels <7% was insufficient (61%). A minority of patients reported on current smoking (10%), but unhealthy life-styles e.g. overweight/obesity (85%/37%) were frequent. Patterns of care differed between younger and older CHD patients while older patients were less likely to receive the recommended medical CHD-therapy, were more likely to have uncontrolled blood pressure and also to be diabetic. However, a greater proportion of diabetic patients >70 years was achieving the HbA1c target, and less elder patients were current smokers or were obese. About 17% of patients on average had CKD (eGFR< 60 ml/min/1.73m²) in the entire European sample at the study visit, and an additional 10% had albuminuria despite preserved eGFR, with considerable variation among countries. Impaired kidney function was observed in every fifth patient admitted for CHD in the entire European dataset of the EUROASPIRE IV study. Of the German CHD patients with CKD at the study visit, only a third were aware of their renal impairment. A minority of these patients was being seen by nephrologists, however, with a higher likelihood of CKD awareness and specialist care in more advanced stages of CKD. About a third of patients admitted for CHD showed either CKD or AKI during the hospital stay, but the discharge letter mentioned chronic or acute kidney disease only in every fifth of these patients. In contrast, correct ICD coding of CKD or AKI was more complete, but still suboptimal.
In summary, quality of secondary prevention in German CHD patients indicates considerably room for improvement, with life-style modifications may become an even greater factor in prevention campaigns than medical treatment into certain target ranges. Preventive therapies should also consider different needs in older individuals acknowledging physical and mental potential, other comorbidities and drug-interactions with co-medication. CKD is common in CHD patients, not only in the elderly. Since CHD and CKD affect each other and impact on worse prognosis of each other, raising the awareness of CKD among patients and physicians and considering CKD in medical therapy may improve prognosis and slow disease progression of CHD as well as CKD.
N2  - Bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) ist die Behandlung der „klassischen“ kardiovaskulären Risikofaktoren wie Bluthochdruck, Hypercholesterinämie, Diabetes, ein normales Körpergewicht sowie der Nikotinverzicht von Bedeutung, um die Prognose zu verbessern. Leitlinien empfehlen in der Sekundärprävention spezifische Behandlungsziele für Bluthochdruck, Hypercholesterinämie und Diabetes. Die chronische Niereninsuffizienz (NI) stellt einen „nicht-klassischen“ Risikofaktor für eine schlechtere Prognose bei KHK-Patienten dar und ist assoziiert mit einem erhöhten Risiko für eine Progression der KHK und kardiovaskuläre Mortalität.
Die Studienziele der vorgelegten Arbeit beinhalten (a) die Umsetzung der KHK-Leitlinien in einem deutschen Kollektiv von Patienten inklusive der Unterschiede in der Versorgung zwischen Jüngeren und älteren Patienten (≤70 / >70 Jahre). Zudem (b) wird die Prävalenz der NI in stabilen ambulanten Verhältnissen und ebenso während eines Krankenhausaufenthaltes aufgrund eines KHK-Ereignisses in 24 Europäischen Ländern inklusive Deutschland untersucht. Schließlich (c) wird am deutschen Studienzentrum das Bewusstsein („Awareness“) für Nierenerkrankungen sowohl bei den Patienten als auch den behandelnden Ärzten analysiert.
Es wurden die Daten der europaweiten EUROASPIRE IV Studie verwendet, für die zwischen 2012 und 2013 insgesamt 7998 KHK Patienten rekrutiert wurden. Sie enthält Informationen aus einem ambulanten Studienbesuch und aus einem Krankenhausaufenthalt aufgrund eines KHK-Ereignisses (Index). Am deutschen Studienzentrum in Würzburg wurden 536 Patienten eingeschlossen und die Qualität der Risikofaktorkontrolle nach den Empfehlungen der Europäischen Gesellschaft für Kardiologie untersucht. Chronische NI wurde in Stadien eingeteilt anhand von glomerulärer Filtrationsrate (eGFR) und Albuminurie. Zudem Am deutschen EUROASPIRE IV Studienzentrum wurden die Patienten zudem in einem zusätzlichen „Nieren-spezifischen Modul“ befragt, ob sie jemals von einem Arzt hinsichtlich einer Nierenerkrankung aufgeklärt wurden. Um das Bewusstsein für Nierenerkrankungen bei Ärzten einzuschätzen, wurde untersucht, ob akute oder chronische Nierenfunktionseinschränkungen im Arztbrief des Index-Aufenthaltes erwähnt wurden, und ob Nierenerkrankungen adäquat ICD-codiert waren.
Die Mehrheit der deutschen KHK-Patienten wurde mit den empfohlenen Präparaten β-Blocker, Aspirin und Statinen behandelt, allerdings wurden die Ziel-/Grenzwerte für Blutdruck und Cholesterin oftmals nicht erreicht (45% bzw. 53%), ebenso wie die Blutzuckerkontrolle bei diabetischen Patienten (39%). Nur wenige Patienten waren aktive Raucher (10%), aber viele waren übergewichtig (85%) oder adipös (37%). Ältere Patienten erhielten seltener die empfohlenen Präparate und waren häufiger hypertensiv oder Diabetiker. Allerdings zeigten sich diabetische Patienten >70 Jahre besser kontrolliert und ältere Patienten waren seltener Raucher oder übergewichtig. Im Durchschnitt hatten 17% der KHK Patienten – mit großer Variation innerhalb der teilnehmenden Staaten – im EUROASPIRE IV Gesamtkollektiv eine chronische NI (eGFR <60 ml/min/1.73m²) und zusätzliche 10% hatten Albuminurie bei erhaltener eGFR. Eine eingeschränkte Nierenfunktion zeigte sich auch in jedem fünften Patienten bei Krankenhausaufnahme für das Index Ereignis im EUROASPIRE IV Gesamtkollektiv. Von den deutschen Patienten mit chronischer NI gab nur ein Drittel an, von ihrer Nierenfunktionseinschränkung zu wissen. Nur wenige dieser Patienten wurden von einem Nephrologen behandelt, wobei Patienten mit fortgeschrittener NI sich sowohl häufiger ihrer NI bewusst waren als auch von Spezialisten behandelt wurden. Im Index-Krankenhausaufenthalt hatte ein Drittel der Patienten wenigstens einen Hinweis auf eine entweder chronisch oder akut eingeschränkte Nierenfunktion. Lediglich in einem Fünftel war diese Diagnose im Entlassungsbrief erwähnt, während die Codierung nach Entlassung zwar vollständiger, aber immer noch lückenhaft war.
Die Qualität der Sekundärprävention in deutschen KHK-Patienten lässt weiterhin beträchtlichen Raum für Verbesserung. Hierbei erscheinen die Veränderung im Lebensstil weitaus zielführender zu sein als die medikamentöse Therapie in definierte Zielbereiche. Die medizinische Therapie und die  Herangehensweise an Verhaltensänderungen muss insbesondere bei älteren Patienten an die besondere Bedürfnisse dieser Patientengruppe angepasst werden. Chronische NI ist häufig bei KHK Patienten anzutreffen, nicht nur bei älteren Studienteilnehmern. KHK und chronische NI beeinflussen sich und die Prognose des jeweils anderen gegenseitig, sodass eine Steigerung des Bewusstseins für Nierenerkrankungen sowohl bei Patienten als auch bei Ärzten, und die Anpassung der Behandlungsstrategie womöglich zu einer Verbesserung der Prognose und zur Verlangsamung des Fortschreitens beider Erkrankungen, KHK und NI führen.
KW  - koronare Herzerkrankung
KW  - Sekundärprävention
KW  - Chronische Nierenerkrankung
KW  - coronary heart disease
KW  - secondary prevention
KW  - chronic kidney disease
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175498
ER  - 
TY  - THES
A1  - von Papen, Hans Michael
T1  - Untersuchungen zum Einfluss der Meningokokkeninfektion auf den Zellzyklus von Epithelzellen
T1  - Disease and carrier isolates of Neisseria meningitidis cause G1 cell cycle arrest in human epithelial cells
N2  - Zahlreiche humanpathogene bakterielle Erreger können ihre Fähigkeit zur Kolonisation epithelialer Barrieren optimieren, indem sie mit dem Zellzyklus der infizierten Wirtszelle in Wechselwirkung treten und so die Abschilferung und Erneuerung des Epithels verzögern. Die hierbei wirksamen bakteriellen Effektoren sind als „Cyclomoduline“ bekannt und gelten als neue Klasse bakterieller Pathogenitätsfaktoren. Ziel der vorliegenden Promotionsarbeit war es zu untersuchen, ob durch die Infektion menschlicher pharyngealer Epithelzellen mit N. meningitidis der Zellzyklus der Wirtszelle beeinflusst wird. Mit zwei verschiedenen Untersuchungsmethoden konnte übereinstimmend gezeigt werden, dass die Infektion der Epithelzelllinie Detroit 562 mit verschiedenen Meningokokkenisolaten zu einer signifikanten Akkumulation von Epithelzellen in der G1-Phase führte. Dieser Effekt wurde sowohl von pathogenen Meningokokkenstämmen als auch von Trägerstämmen ausgelöst, jedoch nur durch Isolate, die fähig zur Adhärenz und zur Invasion in die Epithelzelle waren. Durch Hitzebehandlung der Bakterien konnte der Zellzyklusarrest vollständig aufgehoben werden. Ebenso konnte der Effekt durch Inkubation der Epithelzellen mit bakteriellen Kulturüberständen und durch Infektion der Zellen mit E. coli-Stämmen, welche die Meningokokkenadhäsine Opa und Opc überexprimieren, nicht ausgelöst werden.
Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass die Infektion mit N. meningitidis in der Zielzelle zu einer signifikant gesteigerten Expression des CDK-Inhibitors p21WAF1/Cip1 führte, begleitet von einer vermehrten Lokalisation im Zellkern. Auch zeigte sich eine veränderte Proteinexpression der für die G1-Phase relevanten Cycline D und E. Diese scheint sich erst posttranslational zu ereignen, da die unterschiedliche Expression auf mRNA-Ebene nicht festgestellt werden konnte.
Zusammenfassend konnte dargestellt werden, dass die Infektion von Pharynxepithelzellen mit lebenden, zur Adhärenz und Invasion fähigen Meningokokkenstämmen in der menschlichen Zielzelle einen Zellzyklusarrest in der G1-Phase verursacht, vermutlich durch veränderte Expression der Zellzyklusregulatoren p21WAF1/Cip1, Cyclin D und Cyclin E. Möglicherweise stellt die Induktion dieses Zellzyklusarrestes einen wichtigen Schritt in der Pathogenese der bakteriellen Kolonisation des oberen Atemwegsepithels durch N. meningitidis dar.
N2  - Several microbial pathogens have developed mechanisms to modulate host cell cycle progression in order to improve bacterial colonization of epithelial barriers. The required bacterial effectors were summarized as “cyclomodulins” and have been proposed to be a new class of virulence factors. The objective of this doctoral research study was to analyze the capability of N. meningitidis to interfere with the cell cycle progression in human pharyngeal epithelial cells. Using two different methods for cell cycle analysis, we show that infection of the human pharyngeal epithelial cell line Detroit 562 with different meningococcal isolates induces an arrest of epithelial host cells in the G1 phase. This effect was caused by infection with both pathogenic isolates and carriage isolates, but only by strains able to adhere to and to invade into the host cells. Heat-inactivation of the bacteria prior to infection completely prevented the cell cycle arrest. Moreover treatment of epithelial cells with bacterial supernatants, as well as infection with E. coli strains expressing neisserial adhesins Opa and Opc did not induce the cell cycle arrest.
We further demonstrate that infection of Detroit 562 cells with N. meningitidis leads to a significantly increased expression of the CDK-inhibitor p21WAF1/Cip1 in the host cell, as well as its increased nuclear localization. The protein expression of cyclin D and E, which are relevant for progression through the G1 phase, were altered by bacterial infection, too. This effect is most likely induced by posttranslational modification, since bacterial infection did not affect Cyclin D and E mRNA levels.
In conclusion, we demonstrate that infection of human pharyngeal epithelial cells with different isolates of N. meningitidis arrests the host cells at the G1 phase, most likely by affecting the expression of the cell cycle regulators p21WAF1/Cip1, cyclin D and Cyclin E. Potentially, induction this cell cycle arrest is an important step in the pathogenesis of meningococcal colonization and further infection.
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - Zellzyklus
KW  - Epithel
KW  - cell cycle
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192862
ER  - 
TY  - THES
A1  - von Kistowski, Jóakim Gunnarsson
T1  - Measuring, Rating, and Predicting the Energy Efficiency of Servers
T1  - Messung, Bewertung und Vorhersage von Serverenergieeffizienz
N2  - Energy efficiency of computing systems has become an increasingly important issue over the last decades. In 2015, data centers were responsible for 2% of the world's greenhouse gas emissions, which is roughly the same as the amount produced by air travel.
In addition to these environmental concerns, power consumption of servers in data centers results in significant operating costs, which increase by at least 10% each year.
To address this challenge, the U.S. EPA and other government agencies are considering the use of novel measurement methods in order to label the energy efficiency of servers.

The energy efficiency and power consumption of a server is subject to a great number of factors, including, but not limited to, hardware, software stack, workload, and load level.
This huge number of influencing factors makes measuring and rating of energy efficiency challenging. It also makes it difficult to find an energy-efficient server for a specific use-case. Among others, server provisioners, operators, and regulators would profit from information on the servers in question and on the factors that affect those servers' power consumption and efficiency. However, we see a lack of measurement methods and metrics for energy efficiency of the systems under consideration. 
Even assuming that a measurement methodology existed, making decisions based on its results would be challenging. Power prediction methods that make use of these results would aid in decision making. They would enable potential server customers to make better purchasing decisions and help operators predict the effects of potential reconfigurations.

Existing energy efficiency benchmarks cannot fully address these challenges, as they only measure single applications at limited sets of load levels. In addition, existing efficiency metrics are not helpful in this context, as they are usually a variation of the simple performance per power ratio, which is only applicable to single workloads at a single load level. Existing data center efficiency metrics, on the other hand, express the efficiency of the data center space and power infrastructure, not focusing on the efficiency of the servers themselves. Power prediction methods for not-yet-available systems that could make use of the results provided by a comprehensive power rating methodology are also lacking. Existing power prediction models for hardware designers have a very fine level of granularity and detail that would not be useful for data center operators.

This thesis presents a measurement and rating methodology for energy efficiency of servers and an energy efficiency metric to be applied to the results of this methodology. We also design workloads, load intensity and distribution models, and mechanisms that can be used for energy efficiency testing. Based on this, we present power prediction mechanisms and models that utilize our measurement methodology and its results for power prediction.

Specifically, the six major contributions of this thesis are:

We present a measurement methodology and metrics for energy efficiency rating of servers that use multiple, specifically chosen workloads at different load levels for a full system characterization.
We evaluate the methodology and metric with regard to their reproducibility, fairness, and relevance. We investigate the power and performance variations of test results and show fairness of the metric through a  mathematical proof and a correlation analysis on a set of 385 servers. We evaluate the metric's relevance by showing the relationships that can be established between metric results and third-party applications.
	
We create models and extraction mechanisms for load profiles that vary over time, as well as load distribution mechanisms and policies. The models are designed to be used to define arbitrary dynamic load intensity profiles that can be leveraged for benchmarking purposes. The load distribution mechanisms place workloads on computing resources in a hierarchical manner.
Our load intensity models can be extracted in less than 0.2 seconds and our resulting models feature a median modeling error of 12.7% on average. In addition, our new load distribution strategy can save up to 10.7% of power consumption on a single server node.
	
We introduce an approach to create small-scale workloads that emulate the power consumption-relevant behavior of large-scale workloads by approximating their CPU performance counter profile, and we introduce TeaStore, a distributed, micro-service-based reference application. TeaStore can be used to evaluate power and performance model accuracy, elasticity of cloud auto-scalers, and the effectiveness of power saving mechanisms for distributed systems.
We show that we are capable of emulating the power consumption behavior of realistic workloads with a mean deviation less than 10% and down to 0.2 watts (1%). We demonstrate the use of TeaStore in the context of performance model extraction and cloud auto-scaling also showing that it may generate workloads with different effects on the power consumption of the system under consideration.
	
We present a method for automated selection of interpolation strategies for performance and power characterization. We also introduce a configuration approach for polynomial interpolation functions of varying degrees that improves prediction accuracy for system power consumption for a given system utilization.
We show that, in comparison to regression, our automated interpolation method selection and configuration approach improves modeling accuracy by 43.6% if additional reference data is available and by 31.4% if it is not.
	
We present an approach for explicit modeling of the impact a virtualized environment has on power consumption and a method to predict the power consumption of a software application. Both methods use results produced by our measurement methodology to predict the respective power consumption for servers that are otherwise not available to the person making the prediction.
	Our methods are able to predict power consumption reliably for multiple hypervisor configurations and for the target application workloads. Application workload power prediction features a mean average absolute percentage error of 9.5%.
	
Finally, we propose an end-to-end modeling approach for predicting the power consumption of component placements at run-time. The model can also be used to predict the power consumption at load levels that have not yet been observed on the running system.
We show that we can predict the power consumption of two different distributed web applications with a mean absolute percentage error of 2.2%. In addition, we can predict the power consumption of a system at a previously unobserved load level and component distribution with an error of 1.2%.

The contributions of this thesis already show a significant impact in science and industry. The presented efficiency rating methodology, including its metric, have been adopted by the U.S. EPA in the latest version of the ENERGY STAR Computer Server program. They are also being considered by additional regulatory agencies, including the EU Commission and the China National Institute of Standardization. In addition, the methodology's implementation and the underlying methodology itself have already found use in several research publications.

Regarding future work, we see a need for new workloads targeting specialized server hardware. At the moment, we are witnessing a shift in execution hardware to specialized machine learning chips, general purpose GPU computing, FPGAs being embedded into compute servers, etc. To ensure that our measurement methodology remains relevant, workloads covering these areas are required. Similarly, power prediction models must be extended to cover these new scenarios.
N2  - In den vergangenen Jahrzehnten hat die Energieeffizienz von Computersystemen stark an Bedeutung gewonnen. Bereits 2015 waren Rechenzentren für 2% der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich, was mit der durch den Flugverkehr verursachten Treibhausgasmenge vergleichbar ist. Dabei wirkt sich der Stromverbrauch von Rechenzentren nicht nur auf die Umwelt aus, sondern verursacht auch erhebliche, jährlich um mindestens 10% steigende, Betriebskosten. Um sich diesen Herausforderungen zu stellen, erwägen die U.S. EPA und andere Behörden die Anwendung von neuartigen Messmethoden, um die Energieeffizienz von Servern zu bestimmen und zu zertifizieren.

Die Energieeffizienz und der Stromverbrauch eines Servers wird von vielen verschiedenen Faktoren, u.a. der Hardware, der zugrundeliegenden Ausführungssoftware, der Arbeitslast und der Lastintensität, beeinflusst. Diese große Menge an Einflussfaktoren führt dazu, dass die Messung und Bewertung der Energieeffizienz herausfordernd ist, was die Auswahl von energieeffizienten Servern für konkrete Anwendungsfälle erheblich erschwert. Informationen über Server und ihre Energieeffizienz bzw. ihren Stromverbrauch beeinflussenden Faktoren wären für potentielle Kunden von Serverhardware, Serverbetreiber und Umweltbehörden von großem Nutzen. Im Allgemeinen mangelt es aber an Messmethoden und Metriken, welche die Energieeffizienz von Servern in befriedigendem Maße erfassen und bewerten können.
Allerdings wäre es selbst unter der Annahme, dass es solche Messmethoden gäbe, dennoch schwierig Entscheidungen auf Basis ihrer Ergebnisse zu fällen. Um derartige Entscheidungen zu vereinfachen, wären Methoden zur Stromverbrauchsvorhersage hilfreich, um es potentiellen Serverkunden zu ermöglichen bessere Kaufentscheidungen zu treffen und Serverbetreibern zu helfen, die Auswirkungen möglicher Rekonfigurationen vorherzusagen.


Existierende Energieeffizienzbenchmarks können diesen Herausforderungen nicht vollständig begegnen, da sie nur einzelne Anwendungen bei wenigen Lastintensitätsstufen ausmessen. Auch sind die vorhandenen Energieeffizienzmetriken in diesem Kontext nicht hilfreich, da sie normalerweise nur eine Variation des einfachen Verhältnisses von Performanz zu Stromverbrauch darstellen, welches nur auf einzelne Arbeitslasten bei einer einzigen gemessenen Lastintensität angewandt werden kann. Im Gegensatz dazu beschreiben die existierenden Rechenzentrumseffizienzmetriken lediglich die Platz- und Strominfrastruktureffizienz von Rechenzentren und bewerten nicht die Effizienz der Server als solche. Methoden zur Stromverbrauchsvorhersage noch nicht für Kunden verfügbarer Server, welche die Ergebnisse einer ausführlichen Stromverbrauchsmessungs- und Bewertungsmethodologie verwenden, gibt es ebenfalls nicht. Stattdessen existieren Stromverbrauchsvorhersagemethoden und Modelle für Hardwaredesigner und Hersteller. Diese Methoden sind jedoch sehr feingranular und erfordern Details, welche für Rechenzentrumsbetreiber nicht verfügbar sind, sodass diese keine Vorhersage durchführen können.

In dieser Arbeit werden eine Energieeffizienzmess- und Bewertungsmethodologie für Server und Energieeffizienzmetriken für diese Methodologie vorgestellt. Es werden Arbeitslasten, Lastintensitäten und Lastverteilungsmodelle und -mechanismen, die für Energieeffizienzmessungen und Tests verwendet werden können, entworfen. Darauf aufbauend werden Mechanismen und Modelle zur Stromverbrauchsvorhersage präsentiert, welche diese Messmethodologie und die damit produzierten Ergebnisse verwenden. Die sechs Hauptbeiträge dieser Arbeit sind:

Eine Messmethodologie und Metriken zur Energieeffizienzbewertung von Servern, die mehrere, verschiedene Arbeitslasten unter verschiedenen Lastintensitäten ausführt, um die beobachteten Systeme vollständig zu charakterisieren.
Diese Methodologie wird im Bezug auf ihre Wiederholbarkeit, Fairness und Relevanz evaluiert. Es werden die Stromverbrauchs- und Performanzvariationen von wiederholten Methodologieausführungen untersucht und die Fairness der Methodologie wird durch mathematische Beweise und durch eine Korrelationsanalyse anhand von Messungen auf 385 Servern bewertet. Die Relevanz der Methodologie und der Metrik wird gezeigt, indem Beziehungen zwischen Metrikergebnissen und der Energieeffizienz von anderen Serverapplikationen untersucht werden.
	
Modelle und Extraktionsverfahren für sich mit der Zeit verändernde Lastprofile, sowie Lastverteilungsmechanismen und -regeln. Die Modelle können dazu verwendet werden, beliebige Lastintensitätsprofile, die zum Benchmarking verwendet werden können, zu entwerfen. Die Lastverteilungsmechanismen, hingegen, platzieren Arbeitslasten in hierarchischer Weise auf Rechenressourcen.
Die Lastintensitätsmodelle können in weniger als 0,2 Sekunden extrahiert werden, wobei die jeweils resultierenden Modelle einen durchschnittlichen Medianmodellierungsfehler von 12,7% aufweisen. Zusätzlich dazu kann die neue Lastverteilungsstrategie auf einzelnen Servern zu Stromverbrauchseinsparungen von bis zu 10,7% führen.
	
Ein Ansatz um kleine Arbeitslasten zu erzeugen, welche das Stromverbrauchsverhalten von größeren, komplexeren Lasten emulieren, indem sie ihre CPU Performance Counter-Profile approximieren sowie den TeaStore: Eine verteilte, auf dem Micro-Service-Paradigma basierende Referenzapplikation. Der TeaStore kann verwendet werden, um Strom- und Performanzmodellgenauigkeit, Elastizität von Cloud Autoscalern und die Effektivität von Stromsparmechanismen in verteilten Systemen zu untersuchen.
Das Arbeitslasterstellungsverfahren kann das Stromverbrauchsverhalten von realistischen Lasten mit einer mittleren Abweichung von weniger als 10% und bis zu einem minimalen Fehler von 0,2 Watt (1%) nachahmen. Die Anwendung des TeaStores wird durch die Extraktion von Performanzmodellen, die Anwendung in einer automatisch skalierenden Cloudumgebung und durch eine Demonstration der verschiedenen möglichen Stromverbräuche, die er auf Servern verursachen kann, gezeigt.
	
Eine Methode zur automatisierten Auswahl von Interpolationsstrategien im Bezug auf Performanz und Stromverbrauchscharakterisierung. Diese Methode wird durch einen Konfigurationsansatz, der die Genauigkeit der auslastungsabhängigen Stromvorhersagen von polynomiellen Interpolationsfunktionen verbessert, erweitert.
Im Gegensatz zur Regression kann der automatisierte Interpolationsmethodenauswahl- und Konfigurationsansatz die Modellierungsgenauigkeit mit Hilfe eines Referenzdatensatzes um 43,6% verbessern und kann selbst ohne diesen Referenzdatensatz eine Verbesserung von 31,4% erreichen.
	
Einen Ansatz, der explizit den Einfluss von Virtualisierungsumgebungen auf den Stromverbrauch modelliert und eine Methode zur Vorhersage des Stromverbrauches von Softwareapplikationen. Beide Verfahren nutzen die von der in dieser Arbeit vorgegestellten Stromverbrauchsmessmethologie erzeugten Ergebnisse, um den jeweiligen Stromverbrauch von Servern, die den Vorhersagenden sonst nicht zur Verfügung stehen, zu ermöglichen.
Die vorgestellten Verfahren können den Stromverbrauch für verschiedene Hypervisorkonfigurationen und für Applikationslasten zuverlässig vorhersagen. Die Vorhersage des Stromverbrauchs von Serverapplikationen erreicht einen mittleren absoluten Prozentfehler von 9,5%.
	
Ein Modellierungsansatz zur Stromverbrauchsvorhersage für Laufzeitplatzierungsentscheidungen von Softwarekomponenten, welcher auch dazu verwendet werden kann den Stromverbrauch für bisher nicht beobachtete Lastintensitäten auf dem laufenden System vorherzusagen.
Der Modellierungsansatz kann den Stromverbrauch von zwei verschiedenen, verteilten Webanwendungen mit einem mittleren absoluten Prozentfehler von 2,2% vorhersagen. Zusätzlich kann er den Stromverbrauch von einem System bei einer in der Vergangenheit nicht beobachteten Lastintensität und Komponentenverteilung mit einem Fehler von 1,2% vorhersagen.

Die Beiträge in dieser Arbeit haben sich bereits signifikant auf Wissenschaft und Industrie ausgewirkt. Die präsentierte Energieeffizienzbewertungsmethodologie, inklusive ihrer Metriken, ist von der U.S. EPA in die neueste Version des ENERGY STAR Computer Server-Programms aufgenommen worden und wird zurzeit außerdem von weiteren Behörden, darunter die EU Kommission und die Nationale Chinesische Standardisierungsbehörde, in Erwägung gezogen. Zusätzlich haben die Implementierung der Methodologie und die zugrundeliegende Methodologie bereits Anwendung in mehreren wissenschaftlichen Arbeiten gefunden.

In Zukunft werden im Rahmen von weiterführenden Arbeiten neue Arbeitslasten erstellt werden müssen, um die Energieeffizienz von spezialisierter Hardware zu untersuchen. Zurzeit verändert sich die Server-Rechenlandschaft in der Hinsicht, dass spezialisierte Ausführungseinheiten, wie Chips zum maschinellen Lernen, GPGPU Rechenchips und FPGAs in Servern verbaut werden. Um sicherzustellen, dass die Messmethodologie aus dieser Arbeit weiterhin relevant bleibt, wird es nötig sein, Arbeitslasten zu erstellen, welche diese Fälle abdecken, sowie Stromverbrauchsmodelle zu entwerfen, die in der Lage sind, derartige spezialisierte Hardware zu betrachten.
KW  - Benchmarking
KW  - Elektrizitätsverbrauch
KW  - Server
KW  - Energy Efficiency
KW  - Metrics
KW  - Energieeffizienz
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178478
ER  - 
TY  - THES
A1  - von Ehrlich-Treuenstätt, Viktor Heinrich
T1  - Die Einflüsse des Ionenkanals Transient Receptor Potential Canonical 4 (TRPC4) auf die Kalzium-Homöostase in Kardiomyozyten
T1  - The influence of Transient Receptor Potential Canonical 4 channel (TRPC4) on the calcium homeostasis in cardiomyocytes
N2  - Kationenkanäle der Canonical Transient Receptor (TRPC)-Familie spielen eine wichtige Rolle in der pathologischen Herzhypertrophie. Neben anderen Isoformen besitzt TRPC4 die Potenz, den strukturellen und funktionellen Umbau des Herzens im Rahmen der pathologischen Hypertrophie über Ca2+-Transienten zu bestärken. TRPC4-Kanäle sind nicht-selektive Kationenkanäle, die für Na+ und Ca2+ durchlässig sind. Sie setzen sich in der Plasmamembran zu Homo- oder Heterotetrameren zusammen. Die TRPC4-Kanalaktivität wird durch die Stimulation von Gq-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) reguliert und führt zu einem Ca2+-Einstrom, der für die Aktivierung von Calcineurin und des nuclear factor of activated T-cells (NFAT) notwendig ist. Eine weitere Aktivierungsform lässt sich über die Entleerung von intrazellulären Ca2+-Speichern (SOCE) aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum (SR) nachweisen. Die funktionelle Wirkung des TRPC4 ist von der Expression der beiden Splice-Varianten TRPC4α und TRPC4β abhängig. 
Um diese funktionelle Abhängigkeit der Splice-Variante C4β genauer zu charakterisieren, wurden in der vorliegenden Studie zytosolische Ca2+-Signale und deren Aktivierungsmechanismen analysiert. Für die Untersuchungen wurden neonatale Rattenkardiomyozyten (NRC) verwendet, die mit adenoviralen Vektoren infiziert wurden und TRPC4beta (Ad-TRPC4β), TRPC4alpha (Ad-TRPC4α) und beta-Galaktosidase (Ad-ßgal) als Kontrolle exprimierten. Es erfolgte eine Auswertung der Ca2+-Transienten, in der gezeigt werden konnte, dass TRPC4β den Ca2+-Einstrom in schlagenden Kardiomyozyten beeinflusst. Dies machte sich in einer erhöhten Ca2+-Amplitude unter basalen Bedingungen bemerkbar. Ebenfalls konnte deutlich gemacht werden, dass eine Ca2+-Entleerung des SR TRPC4β als sogenannten SOC (speicher-regulierten Kanal, store-operated channel) aktiviert. Außerdem reagierten TRPC4β-infizierte NRCs mit einem gesteigerten Ca2+-Maximalspitzenwert (peak) unter Stimulation mit dem GPCR-Agonisten Angiotensin II. Die Amplitude der Ca2+-Transienten bei Überexpression von Ad-TRPC4β war im Vergleich zur Ad-ßgal-Kontrollgruppe deutlich gesteigert. Darüber hinaus war der Abfall der Ca2+-Transienten der TRPC4β-exprimierenden Zellen beschleunigt. Dies lässt einen kompensatorischen Mechanismus vermuten, mit dem Ziel, einer Ca2+-Überladung der Zelle durch den TRPC4β-induzierten Ca2+-Einstrom entgegenzuwirken. In zusätzlichen Experimenten zeigte sich TRPC4β ebenfalls deutlich sensitiver gegenüber der Angiotensin II-Stimulation als TRPC4α. Weiterführende Untersuchungen ließen erkennen, dass TRPC4β, im Gegensatz zu anderen TRPC-Isoformen, keinen pro-hypertrophen, sondern vielmehr einen pro-apoptotischen Einfluss auf Kardiomyozyten ausübt.
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Studie, dass eine erhöhte Aktivität der Splice-Variante TRPC4β mit kritischen Veränderungen zytosolischer Ca2+-Signale verbunden ist und somit ein entscheidender Faktor für die Entstehung und Progression kardialer Pathologien sein könnte.
N2  - The Transient Receptor Potential Channel Subunit 4 (TRPC4) has been considered as a crucial Ca2+ component in cardiomyocytes promoting structural and functional remodeling in the course of pathological cardiac hypertrophy. Functional properties of TRPC4 are also based on the expression of the TRPC4 splice variants TRPC4α and TRPC4β. Aim of the present study was to analyze cytosolic Ca2+ signals, signaling, hypertrophy and vitality of cardiomyocytes in dependence on the expression level of either TRPC4α or TRPC4β.
KW  - Herzhypertrophie
KW  - TRP-Kanäle
KW  - Natrium-Calcium-Austauscher
KW  - Fluoreszenz
KW  - TRPC4
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-186806
N1  - Aus datenschutzrechtlichen Gründen wurde der Zugriff auf den Volltext zu diesem Dokument gesperrt. Eine inhaltlich identische neue Version ist erhältlich unter:
https://doi.org/10.25972/OPUS-20276
ER  - 
TY  - THES
A1  - von Ehrlich-Treuenstätt, Viktor Heinrich
T1  - Die Einflüsse des Ionenkanals Transient Receptor Potential Canonical 4 (TRPC4) auf die Kalzium-Homöostase in Kardiomyozyten
T1  - The influence of Transient Receptor Potential Canonical 4 channel (TRPC4) on the calcium homeostasis in cardiomyocytes
N2  - Kationenkanäle der Canonical Transient Receptor (TRPC)-Familie spielen eine wichtige Rolle in der pathologischen Herzhypertrophie. Neben anderen Isoformen besitzt TRPC4 die Potenz, den strukturellen und funktionellen Umbau des Herzens im Rahmen der pathologischen Hypertrophie über Ca2+-Transienten zu bestärken. TRPC4-Kanäle sind nicht-selektive Kationenkanäle, die für Na+ und Ca2+ durchlässig sind. Sie setzen sich in der Plasmamembran zu Homo- oder Heterotetrameren zusammen. Die TRPC4-Kanalaktivität wird durch die Stimulation von Gq-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) reguliert und führt zu einem Ca2+-Einstrom, der für die Aktivierung von Calcineurin und des nuclear factor of activated T-cells (NFAT) notwendig ist. Eine weitere Aktivierungsform lässt sich über die Entleerung von intrazellulären Ca2+-Speichern (SOCE) aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum (SR) nachweisen. Die funktionelle Wirkung des TRPC4 ist von der Expression der beiden Splice-Varianten TRPC4α und TRPC4β abhängig. 
Um diese funktionelle Abhängigkeit der Splice-Variante C4β genauer zu charakterisieren, wurden in der vorliegenden Studie zytosolische Ca2+-Signale und deren Aktivierungsmechanismen analysiert. Für die Untersuchungen wurden neonatale Rattenkardiomyozyten (NRC) verwendet, die mit adenoviralen Vektoren infiziert wurden und TRPC4beta (Ad-TRPC4β), TRPC4alpha (Ad-TRPC4α) und beta-Galaktosidase (Ad-ßgal) als Kontrolle exprimierten. Es erfolgte eine Auswertung der Ca2+-Transienten, in der gezeigt werden konnte, dass TRPC4β den Ca2+-Einstrom in schlagenden Kardiomyozyten beeinflusst. Dies machte sich in einer erhöhten Ca2+-Amplitude unter basalen Bedingungen bemerkbar. Ebenfalls konnte deutlich gemacht werden, dass eine Ca2+-Entleerung des SR TRPC4β als sogenannten SOC (speicher-regulierten Kanal, store-operated channel) aktiviert. Außerdem reagierten TRPC4β-infizierte NRCs mit einem gesteigerten Ca2+-Maximalspitzenwert (peak) unter Stimulation mit dem GPCR-Agonisten Angiotensin II. Die Amplitude der Ca2+-Transienten bei Überexpression von Ad-TRPC4β war im Vergleich zur Ad-ßgal-Kontrollgruppe deutlich gesteigert. Darüber hinaus war der Abfall der Ca2+-Transienten der TRPC4β-exprimierenden Zellen beschleunigt. Dies lässt einen kompensatorischen Mechanismus vermuten, mit dem Ziel, einer Ca2+-Überladung der Zelle durch den TRPC4β-induzierten Ca2+-Einstrom entgegenzuwirken. In zusätzlichen Experimenten zeigte sich TRPC4β ebenfalls deutlich sensitiver gegenüber der Angiotensin II-Stimulation als TRPC4α. Weiterführende Untersuchungen ließen erkennen, dass TRPC4β, im Gegensatz zu anderen TRPC-Isoformen, keinen pro-hypertrophen, sondern vielmehr einen pro-apoptotischen Einfluss auf Kardiomyozyten ausübt.
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Studie, dass eine erhöhte Aktivität der Splice-Variante TRPC4β mit kritischen Veränderungen zytosolischer Ca2+-Signale verbunden ist und somit ein entscheidender Faktor für die Entstehung und Progression kardialer Pathologien sein könnte.
N2  - The Transient Receptor Potential Channel Subunit 4 (TRPC4) has been considered as a crucial Ca2+ component in cardiomyocytes promoting structural and functional remodeling in the course of pathological cardiac hypertrophy. Functional properties of TRPC4 are also based on the expression of the TRPC4 splice variants TRPC4α and TRPC4β. Aim of the present study was to analyze cytosolic Ca2+ signals, signaling, hypertrophy and vitality of cardiomyocytes in dependence on the expression level of either TRPC4α or TRPC4β.
KW  - Herzhypertrophie
KW  - TRP-Kanäle
KW  - Natrium-Calcium-Austauscher
KW  - Fluoreszenz
KW  - TRPC4
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-202763
N1  - Dieses Dokument wurde aus Datenschutzgründen - ohne inhaltliche Änderungen - erneut veröffentlicht.
Die ursprüngliche Veröffentlichung war am: 04.09.2019
ER  - 
TY  - THES
A1  - von Bibra, Mirjam
T1  - Lopinavir- und Efavirenz-Serumkonzentrationen bei antiretroviral behandelten HIV-infizierten Kindern in Südafrika
T1  - Serum levels of lopinavir and efavirenz in antiretroviral treated HIV-infected children in South Africa
N2  - In der antiretroviralen Therapie bei Kindern bleibt die Rolle von Therapeutischem Drug Monitoring bisher unklar. 

Es war Ziel vorliegender Arbeit, bei Kindern unter antiretroviraler Therapie (ART) in Südafrika die Lopinavir (LPV) und Efavirenz (EFV) Serumkonzentrationen in der klinischen Routine zu messen und Risikofaktoren für unzureichende Medikamentenexposition zu identifizieren. 

Zu diesem Zweck wurde eine prospektive Erhebung im Tygerberg Hospital, Stellenbosch durchgeführt. 
Siebenundfünfzig Serumkonzentrationen von 53 Patienten wurden mit einer etablierten High-performance liquid Chromatography (HPLC) Methode im Universitätsklinikum Würzburg gemessen.
Für Efavirenz wird in der Literatur ein therapeutischer Bereich von 1.000-4.000 ng/ml empfohlen. Bei Lopinavir wurden die Serumkonzentrationen vorliegender Arbeit ins Verhältnis zu der pharmakokinetischen Größe Cmin von 5.500 ng/ml gesetzt.

Es wurde das Serum von 53 HIV-infizierten Kindern im Alter von 0,2-15,8 Jahren untersucht. Insgesamt zeigten 12 Kinder Serumkonzentrationen außerhalb des therapeutischen Bereichs bei EFV oder kleiner Cmin bei LPV. 
Eine LPV-haltige ART nahmen 29 der Kinder ein (Medianalter 1,83 Jahre). Eine Messung der Konzentration von Lopinavir zeigte eine mittlere Serumkonzentration von 8.618±6018 (nicht nachweisbar-24.629) ng/ml. 17% der LPV-Serumkonzentrationen waren kleiner Cmin. Bei der Untersuchung folgender Faktoren zeigten sich keine signifikanten Unterschiede der mittleren Serumkonzentrationen und keine Assoziation mit Serumkonzentrationen <Cmin: Geschlecht, Dauer der ART <12 Monate, Anzahl der CD4-Lymphozyten, Viruslast, Komorbiditäten und angegebene Therapieadhärenz.
Kinder im fortgeschrittenen HIV-Stadium nach World Health Organization (WHO) Stadium IV zeigten mit 6.817±4.273 ng/ml niedrigere LPV-Serumkonzentrationen als Kinder in WHO Stadien I, II, III mit 11.331±6.819 ng/ml. Der Unterschied war allerdings nicht signifikant. (p=0,074) 
Tendenziell waren die LPV-Serumkonzentrationen bei Kindern mit Untergewicht (n=9) mit 6.859±4.322 ng/ml niedriger als bei normalgewichtigen Kindern (n=9) mit einer mittleren LPV-Serumkonzentration von 10.542±6.275 ng/ml (p=0,133). Es fiel weiterhin auf, dass 3 von 10 Kinder mit gastroenteritischen Symptomen in den letzten sieben Tagen Serumkonzentrationen <Cmin zeigten. (p=0,358)
Ein ART-Regime mit dem Nicht-Nukleosidischen Reverse-Transkriptase-Inhibitor Efavirenz nahmen 24 der untersuchten Kinder ein (Medianalter 9,3 Jahre). Die Zeit von EFV-Einnahme bis zur Blutentnahme variierte zwischen 12 und 19 Stunden. Es konnte eine große Varianz mit 156-36.340 ng/ml gemessen werden. Im Mittel war die Serumkonzentration 4.049±6862 ng/ml. 27% der Serumkonzentrationen lagen außerhalb des therapeutischen Bereichs. 
Für folgende Faktoren zeigte sich keine signifikante Assoziation mit nicht-therapeutischen EFV-Serumkonzentrationen:  Geschlecht, WHO Stadium, Dauer der ART >12 Monate, HI-Viruslast, Komorbiditäten, Untergewicht und angegebene Therapieadhärenz. 
Kinder mit CD4-Lymphozyten <350 Zellen/µl Blut zeigten signifikant häufiger Serumkonzentrationen außerhalb des therapeutischen Bereichs als Kinder mit >350 CD4-Lymphozyten/µl Blut. (p=0,016)
Bei dem Vergleich des Anteils der EFV-Serumkonzentrationen im therapeutischen Bereich zeigte sich ein signifikanter Unterschied zwischen ambulant vorgestellten versus hospitalisierten Patienten (p=0.009). Es ließ sich eine Assoziation zwischen hospitalisierten Patienten und nicht-therapeutischen Serumkonzentrationen finden. 
Es zeigte sich außerdem bei Kindern, die eine Rifampicin-haltige tuberkulostatische Therapie gleichzeitig zur ART einnahmen, ein Trend zu nicht therapeutischen EFV-Serumkonzentrationen (p=0,076) bei sehr kleiner Fallzahl.

Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, zusammen mit den Ergebnissen anderer Studien, dass mithilfe von Therapeutischem Drug Monitoring von Efavirenz und Lopinavir Risikosituationen für Therapieversagen oder Medikamententoxizität frühzeitig erkannt werden können.
N2  - In antiretroviral treatment the role of therapeutic drug monitoring via measurement of serum levels remains unclear, especially in children. 
Of 53 HIV-infected children in South Africa treated with lopinavir or efavirenz, 12 showed serum levels for either antiretroviral drug outside the expected therapeutic range. Low body weight, advanced WHO-stage, low CD4 count, significant comorbidites and rifampicin-co-treatment were associated with inadequate serum levels. 
Our findings, together with previous studies, indicate that therapeutic drug monitoring can improve antiretroviral therapy in children at risk.
KW  - HIV
KW  - Therapeutisches Drug Monitoring
KW  - Südafrika
KW  - Lopinavir
KW  - Efavirenz
KW  - Serumkonzentrationen
KW  - Kinder
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184635
ER  - 
TY  - THES
A1  - Uri, Anna
T1  - Differential requirement for CD28 co-stimulation on donor T cell subsets in mouse models of acute graft versus host disease and graft versus tumour effect
T1  - Unterschiedlicher Einfluss der CD28 Kostimulation auf Donor-T Zell-Populationen in Mausmodellen der akuten Graft-versus-Host Disease und des Graft-versus-Tumor Effekts
N2  - Hematopoietic stem cell transplantation is a curative therapy for malignant diseases of the haematopoietic system. The patients first undergo chemotherapy or irradiation therapy which depletes the majority of tumour cells before they receive the transplant, consisting of haematopoietic stem cells and mature T cells from a healthy donor. The donor T cells kill malignant cells that have not been eliminated by the conditioning therapy (graft versus leukaemia effect, GvL), and, therefore, are crucially required to prevent relapse of the tumour. However, the donor T cells may also severely damage the patient’s organs causing acute graft versus host disease (aGvHD). In mice, aGvHD can be prevented by interfering with the co-stimulatory CD28 signal on donor T cells. However, experimental models using conventional CD28 knockout mice as T cell donors or αCD28 antibodies have some disadvantages, i.e. impaired T cell development in the thymus of CD28 knockout mice and systemic CD28 blockade with αCD28 antibodies. Thus, it remains unclear how CD28 co-stimulation on different donor T cell subsets contributes to the GvL effect and aGvHD, respectively. 
We developed mouse models of aGvHD and the GvL effect that allowed to selectively delete CD28 on certain donor T cell populations or on all donor T cells. CD4+ conventional T cells (Tconv cells), regulatory T cells (Treg cells) or CD8+ T cells were isolated from either Tamoxifen-inducible CD28 knockout (iCD28KO) mice or their wild type (wt) littermates. Allogeneic recipient mice were then transplanted with T cell depleted bone marrow cells and different combinations of iCD28KO and wt T cell subsets. Tamoxifen treatment of the recipients caused irreversible CD28 deletion on the iCD28KO donor T cell population. In order to study the GvL response, BCL-1 tumour cells were injected into the mice shortly before transfer of the T cells.
CD4+ Tconv mediated aGvHD was efficiently inhibited when wt Treg cells were co-transplanted. In contrast, after selective CD28 deletion on donor Treg cells, the mice developed a late and lethal flare of aGvHD, i.e. late-onset aGvHD. This was associated with a decline in iCD28KO Treg cell numbers around day 20 after transplantation. CD28 ablation on either donor CD4+ Tconv cells or CD8+ T cells reduced but did not abrogate aGvHD. Moreover, iCD28KO and wt CD8+ T cells were equally capable of killing allogeneic target cells in vivo and in vitro. Due to this sufficient anti-tumour activity of iCD28KO CD8+ T cells, they had a therapeutic effect in our GvL model and 25% of the mice survived until the end of the experiment (day 120) without any sign of the malignant disease. Similarly, CD28 deletion on all donor T cells induced long-term survival. This was not the case when all donor T cells were isolated from wt donor mice. In contrast to the beneficial outcome after CD28 deletion on all donor T cells or only CD8+ T cells, selective CD28 deletion on donor CD4+ Tconv cells completely abrogated the GvL effect due to insufficient CD4+ T cell help from iCD28KO CD4+ Tconv cells. 
This study demonstrates that therapeutic inhibition of the co-stimulatory CD28 signal in either all donor T cells or only in CD8+ T cells might protect patients from aGvHD without increasing the risk of relapse of the underlying disease. Moreover, deletion of CD28 on donor Treg cells constitutes a mouse model of late-onset aGvHD which can be a useful tool in aGvHD research.
N2  - Die hämatopoetische Stammzelltransplantation ist eine heilende Therapie für maligne Erkrankungen des blutbildenden Systems. Die Patienten müssen sich zuerst einer Chemotherapie oder einer Strahlentherapie unterziehen, welche den Großteil der Tumorzellen beseitigt, bevor sie das Transplantat erhalten. Dieses besteht aus hämatopoetischen Stammzellen und reifen T-Zellen eines gesunden Spenders. Die transplantierten T-Zellen töten die malignen Zellen, die zuvor durch die Chemo- bzw. Strahlentherapie nicht zerstört wurden (Graft versus Leukämie Effekt, GvL), und sind daher essenziell, um ein Rezidiv der Tumorerkrankung zu verhindern. Die T-Zellen des Spenders können aber auch die Organe des Patienten schwer schädigen und dadurch die akute Graft versus Host Disease (aGvHD) verursachen. In Mäusen kann die aGvHD verhindert werden, indem man das kostimulatorische Signal des CD28 Moleküls moduliert. Mausmodelle, in denen konventionelle CD28 Knock-out Mäuse als T-Zell-Donoren verwendet werden oder αCD28 Antikörper eingesetzt werden, haben einige Nachteile, wie zum Beispiel eine gestörte T-Zell Entwicklung in CD28 Knock-out Mäusen oder die systemische Blockade des CD28 Moleküls mit Antikörpern. Dadurch blieb bislang unklar, inwiefern CD28-Kostimulation auf verschiedenen T-Zell-Populationen zum GvL Effekt und zur aGvHD beiträgt. 
Wir haben Mausmodelle der aGvHD und des GvL Effekts entwickelt, die ermöglichen, das CD28 Molekül entweder nur auf bestimmten Spender-T-Zell-Populationen oder auf allen Spender-T-Zellen zu deletieren. Hierfür wurden CD4+ konventionelle T-Zellen (Tconv Zellen), regulatorische T Zellen (Treg Zellen) und CD8+ T-Zellen von Tamoxifen-induzierbaren CD28 Knockout (iCD28KO) Mäusen bzw. deren wildtypischen (wt) Wurfgeschwistern isoliert. Den allogenen Empfängermäusen wurden dann T-Zell-depletierte Knochenmarkszellen und verschiedene Kombinationen aus iCD28KO und wt Spender-T-Zellen transplantiert. Die Behandlung der Empfängertiere mit Tamoxifen führte zu einer irreversiblen Deletion von CD28 auf den iCD28KO T-Zell-Populationen. Um den GvL Effekt zu untersuchen, wurden den Mäusen kurz vor dem T-Zell-Transfer BCL-1 Tumorzellen injiziert.
Die von den CD4+ Tconv Zellen verursachte aGvHD konnte sehr gut kontrolliert werden, indem zusätzlich wt Treg Zellen transplantiert wurden. Im Gegensatz dazu entwickelten die Mäuse einen späten und tödlichen Schub der aGvHD, auch late-onset aGvHD genannt, wenn die CD28 Expression auf den Treg Zellen des Spenders deletiert wurde. Dies ging mit einem Rückgang der iCD28KO Treg-Zellzahlen ca. 20 Tage nach Transplantation einher. Die Deletion von CD28 auf CD4+ Tconv Zellen oder auf CD8+ T-Zellen reduzierte die aGvHD, konnte diese aber nicht vollständig verhindern. Des Weiteren waren iCD28KO und wildtypische CD8+ T-Zellen gleichermaßen in der Lage, allogene Zellen zu töten, in vivo wie auch in vitro. Aufgrund dieser hinreichenden Anti-Tumor-Antwort hatten iCD28KO CD8+ T-Zellen einen therapeutischen Effekt in unserem GvL Modell und 25 % der Tiere überlebte bis zum Versuchsende (Tag 120) ohne Anzeichen des Tumors. Ein Langzeitüberleben der Tiere wurde auch beobachtet, wenn das CD28 Molekül auf allen Spender-T-Zellen fehlte. Dies war nicht der Fall, wenn alle Spender-T-Zellen von wt Mäusen isoliert wurden. Im Gegensatz zur CD28 Deletion auf entweder allen Spender-T-Zellen oder nur auf den CD8+ T-Zellen, ging der GvL Effekt vollständig verloren, wenn CD28 nur auf den CD4+ Tconv Zellen entfernt wurde, da diese dann keine ausreichende T-Zellhilfe mehr leisten konnten. 
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine therapeutische Blockade des kostimulatorischen CD28 Signals entweder in allen Spender T-Zellen oder nur in CD8+ T-Zellen vor der aGvHD schützen könnte ohne gleichzeitig das Risiko eines Rezidivs zu erhöhen. Darüber hinaus steht mit der Deletion von CD28 auf Treg Zellen ein Mausmodell der late-onset aGvHD zur Verfügung, welches für die weitere Erforschung dieser Krankheit nützlich sein kann.
KW  - Antigen CD28
KW  - Transplantat-Wirt-Reaktion
KW  - Maus
KW  - Graft versus host disease
KW  - GvHD
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165863
ER  - 
TY  - THES
A1  - Uebelacker, Lukas
T1  - In vitro-Exposition von Glycerin als Bestandteil des Shisha-Tabaks an humanen Nasenschleimhautzellen und Lymphozyten
T1  - In vitro exposure of glycerol as an ingredient of shisha tobacco to human nasal mucosa cells and lymphocytes
N2  - Shisha-Tabak benötigt im Vergleich zur Zigarette höhere Konzentrationen des Feuchthaltemittels Glycerin. Seit Mai 2016 ist die bis dahin gültige Limitierung von Feuchthaltemitteln in Tabak auf 5 % aufgehoben. Derzeit ist das toxikologische Profil des Glycerins jedoch noch nicht hinreichend erforscht. Ziel dieser Arbeit war es, Glycerin auf mögliche zyto- und genotoxische
Effekte zu untersuchen, um so das Gefährdungspotenzial durch Glycerin im Shisha-Tabak zu beurteilen und die tabakkontrollpolitische Situation in Deutschland zu diskutieren.
Dafür wurden Lymphozyten sowie Nasenschleimhautzellen von 10 Patienten für eine Stunde Glycerin (0,001 mol/l bis 6,0 mol/l) exponiert. Durch den Trypanblau-Ausschlusstest wurden die Zellen auf Zytotoxizität, mittels Einzelzellgelelektrophorese (Comet Assay) und Mikrokern-Test auf Genotoxizität untersucht.
Im Trypanblau-Ausschlusstest traten bei Lymphozyten sowie nasalen Mukosazellen signifikante Vitalitätsabfälle ab Glycerin-Konzentrationen von 1,0 mol/l auf. Im Comet Assay konnten für beide Zellgruppen signifikante Unterschiede des Olive Tail Moments (OTM) ab 1,0 mol/l nachgewiesen werden. Beim Mikrokern-Test zeigten sich keine signifikanten Zunahmen der
Mikrokern-Anzahl.
Es konnten zyto- und genotoxische Effekte ab Konzentrationen von 1,0 mol/l nachgewiesen werden. Dies überschreitet die reale Glycerin-Belastung im Hauptstromrauch der Shisha jedoch deutlich. Dennoch handelt es sich bei Genotoxizität um ein stochastisches Risiko. Ebenso sind toxische Effekte, beispielsweise durch Erhitzung, bereits bei geringeren Konzentrationen denkbar. Für eine umfangreichere Beurteilung von Feuchthaltemitteln im Shisha-Tabak sind weitere Untersuchungen indiziert. Darüber hinaus besteht enormer Handlungsbedarf zur weiteren Einführung tabakkontrollpolitischer Maßnahmen in Deutschland.
N2  - Shisha tobacco has a higher amount of glycerol than cigarette tobacco. Moreover, new legislation in Germany cancels the old limitation of humectants in shisha tobacco. Although higher amounts of glycerol in tobacco are expected, the knowledge of the toxicological profile of glycerol regarding human cells is incomplete. Aim of the study was to test glycerol for cytotoxic and genotoxic effects and to discuss the risk of humectants in shisha tobacco and the situation of German tobacco control.
Lymphocytes and nasal mucosa cells of 10 patients were exposed to different glycerol levels (0.001 mol/l to 6.0 mol/l). Cytotoxic effects were examined by trypan blue exclusion test,
genotoxic effects by comet assay and micronucleus test. The trypan blue exclusion test revealed significant cytotoxic effects on lymphocytes and nasal mucosa cells for glycerol concentrations of 1.0 mol/l and higher. In the comet assay a significant DNA damage could be shown for glycerol levels of 1.0 mol/l and higher. No significant micronucleus formation
was monitored.
While the geno- and cytotoxicity were seen in concentrations of glycerol clearly exceeding the concentrations in main stream smoke of shishas, genotoxicity is a stochastic risk occurring
even at subtoxic levels. Furthermore, toxicity in lower levels could result from tobacco combustion or interactions with other smoke components. For an extensive evaluation of the risks of humectants in shisha tobacco further studies are needed. In addition, there is an enormous need for introducing further measures of tobacco control policy in Germany.
KW  - Glycerin
KW  - Zytotoxizität
KW  - Genotoxizität
KW  - Shisha
KW  - Wasserpfeife
KW  - Comet Assay
KW  - Feuchthaltemittel
KW  - Mikrokerntest
KW  - Trypanblautest
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184443
ER  -