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- Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie (26)
Schriftenreihe
Sonstige beteiligte Institutionen
- ATLAS Collaboration (1)
- Adam Opel AG (1)
- Bayerische Museumsakademie (1)
- Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. (1)
- Bezirk Unterfranken (1)
- Brown University (1)
- CERN (1)
- Center for Nanosystems Chemistry (CNC), Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany (1)
- Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) (1)
- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Raumfahrtsysteme (1)
ResearcherID
- B-1911-2015 (1)
- C-2593-2016 (1)
- D-1221-2009 (1)
- N-2030-2015 (1)
- N-3741-2015 (1)
From October 31th – November 2nd, 2014, the 6th NEUROWIND e.V. meeting was held in Motzen, Brandenburg, Germany. 70 doctoral students and postdocs from over 25 different groups working in German and Swiss university hospitals or research institutes attended the meeting to discuss their latest experiments and findings in the fields of neuroimmunology, neurodegeneration and neurovascular research. The meeting was regarded as a very well organized platform to support research of young investigators in Germany and all participants enjoyed the stimulating environment for lively in depth discussions.
According to the major aim of NEUROWIND e.V. to support younger researchers in Germany the 4th NEUROWIND YOUNG SCIENTIST AWARD for experimental neurology was awarded to Michael Breckwoldt on his work in the group of Thomas Misgeld (Institute of Neuronal Cell Biology, Technische Universität München, Germany). The successful project was published in Nature Medicine entitled “Multiparametric optical analysis of mitochondrial redox signals during neuronal physiology and pathology in vivo”. This outstanding paper deals with a molecular imaging approach in living mice to optically analyze the role of mitochondrial redox signals in axons in health and disease. The award is endowed with 20.000 Euro sponsored by Merck Serono GmbH, Darmstadt, Germany (unrestricted educational grant).
This year’s keynote lecture was given by Bernhard Hemmer, Head of the Department of Neurology at the Klinikum rechts der Isar, Technische Universität München. Dr. Hemmer highlighted the particular role of B cells and (auto)antibodies in multiple sclerosis (MS). As a new highlight Dr. Urbahns, head of global discovery technologies at Merck research laboratories, gave insights from research practice in the pharmaceutical industry and introduced a shift in the view on present-day drug discovery paradigms.
Endogenous antibodies contribute to macrophage-mediated demyelination in a mouse model for CMT1B
(2015)
Background
We could previously identify components of both the innate and the adaptive immune system as disease modifiers in the pathogenesis of models for Charcot-Marie-Tooth (CMT) neuropathies type 1B and 1X. As part of the adaptive immune system, here we investigated the role of antibodies in a model for CMT1B.
Methods
Antibodies were localized and characterized in peripheral nerves of the CMT1B model by immunohistochemistry and Western blot analysis. Experimental ablation of antibodies was performed by cross breeding the CMT1B models with mutants deficient in B-lymphocytes (JHD−/− mutants). Ameliorated demyelination by antibody deficiency was reverted by intravenous injection of mouse IgG fractions. Histopathological analysis was performed by immunocytochemistry and light and quantitative electron microscopy.
Results
We demonstrate that in peripheral nerves of a mouse model for CMT1B, endogenous antibodies strongly decorate endoneurial tubes of peripheral nerves. These antibodies comprise IgG and IgM subtypes and are preferentially, but not exclusively, associated with nerve fiber aspects nearby the nodes of Ranvier. In the absence of antibodies, the early demyelinating phenotype is substantially ameliorated. Reverting the neuropathy by reconstitution with murine IgG fractions identified accumulating antibodies as potentially pathogenic at this early stage of disease.
Conclusions
Our study demonstrates that in a mouse model for CMT1B, endogenous antibodies contribute to early macrophage-mediated demyelination and disease progression. Thus, both the innate and adaptive immune system are mutually interconnected in a genetic model for demyelination. Since in Wallerian degeneration antibodies have also been shown to be involved in myelin phagocytosis, our study supports our view that inherited demyelination and Wallerian degeneration share common mechanisms, which are detrimental when activated under nonlesion conditions.
Microstructural changes and the understanding of their effect on photocurrent generation are key aspects for improving the efficiency of organic photovoltaic devices. We analyze the impact of a systematically increased amount of the solvent additive diiodooctane (DIO) on the morphology of PBDTTT-C:PC71BM blends and related changes in free carrier formation and recombination by combining surface imaging, photophysical and charge extraction techniques. We identify agglomerates visible in AFM images of the 0% DIO blend as PC71BM domains embedded in an intermixed matrix phase. With the addition of DIO, a decrease in the size of fullerene domains along with a demixing of the matrix phase appears for 0.6% and 1% DIO. Surprisingly, transient absorption spectroscopy reveals an efficient photogeneration already for the smallest amount of DIO, although the largest efficiency is found for 3% DIO. It is ascribed to a fine-tuning of the blend morphology in terms of the formation of interpenetrating donor and acceptor phases minimizing geminate and nongeminate recombination as indicated by charge extraction experiments. An increase in the DIO content to 10% adversely affects the photovoltaic performance, most probably due to an inefficient free carrier formation and trapping in a less interconnected donor-acceptor network.
Background
Comprehensive evidence on the incidence, time course and independent risk factors of metachronous peritoneal carcinomatosis (metaPC) in gastric cancer patients treated with curative intent in the context of available systemic combination chemotherapies is lacking.
Methods
Data from a prospectively collected single-institutional Center Cancer Registry with 1108 consecutive patients with gastric adenocarcinoma (GC), clinical, histological and survival data were analyzed for independent risk factors and prognosis with focus on the development of metaPC. Findings were then stratified to the time periods of treatment with surgery alone, 5-Fluorouracil-only and contemporary combined systemic perioperative chemotherapy strategies, respectively.
Results
Despite R0 D2 gastrectomy (n = 560), 49.6% (±5.4%) of the patients were diagnosed with tumour recurrence and 15.5% (±1.8%) developed metaPC after a median time of 17.7 (15.1-20.3) months after surgery resulting in a tumour related mortality of 100% with a median survival of 3.0 months (2.1 – 4.0). Independent risk factors for the development of metaPC were serosa positive T-category, nodal positive-status, signet cell and undifferentiated gradings (G3/G4). Contemporary systemic combination chemotherapy did not improve the incidence and prognosis of metaPC (p = 0.54).
Conclusions
Despite significant improvements in the overall survival for the complete cohort with gastric cancer over time, those patients with metaPC did not experience the same benefits. The lack of change in the incidence, and persistent poor prognosis of metaPC after curative surgery expose the need for further prevention and/or improved treatment options for this devastating condition.
Right ventricle (RV) dysfunction is a key outcome determinant and a leading cause of death for patients with chronic thromboembolic pulmonary hypertension (CTEPH). In this report, we followed the 5-year clinical journey of a patient with CTEPH. The tricuspid pressure gradient was significantly increased in the early phase of CTEPH and “normalized” at the late phase of this patient’s clinical journey, but this “normalized” gradient is not a positive treatment response but rather an ominous sign of advancing right heart failure owing to an exhaustion of RV contractile function. Thus, appropriate interpretation of the tricuspid pressure gradient change is of importance for assessing RV dysfunction and treatment outcome during follow-up in patients with CTEPH. Besides systolic pulmonary artery pressure (SPAP), other RV functional parameters such as tricuspid annular plane systolic excursion, RV fractional area change, and RV longitudinal strain, together with clinical markers, may provide additional guidance regarding functional improvement or progression in patients with CTEPH.
Background
Autophagy participates in innate immunity by eliminating intracellular pathogens. Consequently, numerous microorganisms have developed strategies to impair the autophagic machinery in phagocytes. In the current study, interactions between Leishmania major (L. m.) and the autophagic machinery of bone marrow-derived macrophages (BMDM) were analyzed.
Methods
BMDM were generated from BALB/c mice, and the cells were infected with L. m. promastigotes. Transmission electron microscopy (TEM) and electron tomography were used to investigate the ultrastructure of BMDM and the intracellular parasites. Affymetrix® chip analyses were conducted to identify autophagy-related messenger RNAs (mRNAs) and microRNAs (miRNAs). The protein expression levels of autophagy related 5 (ATG5), BCL2/adenovirus E1B 19 kDa protein-interacting protein 3 (BNIP3), cathepsin E (CTSE), mechanistic target of rapamycin (MTOR), microtubule-associated proteins 1A/1B light chain 3B (LC3B), and ubiquitin (UB) were investigated through western blot analyses. BMDM were transfected with specific small interfering RNAs (siRNAs) against autophagy-related genes and with mimics or inhibitors of autophagy-associated miRNAs. The infection rates of BMDM were determined by light microscopy after a parasite-specific staining.
Results
The experiments demonstrated autophagy induction in BMDM after in vitro infection with L. m.. The results suggested a putative MTOR phosphorylation-dependent counteracting mechanism in the early infection phase and indicated that intracellular amastigotes were cleared by autophagy in BMDM in the late infection phase. Transcriptomic analyses and specific downregulation of protein expression with siRNAs suggested there is an association between the infection-specific over expression of BNIP3, as well as CTSE, and the autophagic activity of BMDM. Transfection with mimics of mmu-miR-101c and mmu-miR-129-5p, as well as with an inhibitor of mmu-miR-210-5p, demonstrated direct effects of the respective miRNAs on parasite clearance in L. m.-infected BMDM. Furthermore, Affymetrix® chip analyses revealed a complex autophagy-related RNA network consisting of differentially expressed mRNAs and miRNAs in BMDM, which indicates high glycolytic and inflammatory activity in the host macrophages.
Conclusions
Autophagy in L. m.-infected host macrophages is a highly regulated cellular process at both the RNA level and the protein level. Autophagy has the potential to clear parasites from the host. The results obtained from experiments with murine host macrophages could be translated in the future to develop innovative and therapeutic antileishmanial strategies for human patients.
We reported earlier the diagnostic potential of a melanogenic vaccinia virus based system in magnetic resonance (MRI) and optoacoustic deep tissue imaging (MSOT). Since melanin overproduction lead to attenuated virus replication, we constructed a novel recombinant vaccinia virus strain (rVACV), GLV-1h462, which expressed the key enzyme of melanogenesis (tyrosinase) under the control of an inducible promoter-system. In this study melanin production was detected after exogenous addition of doxycycline in two different tumor xenograft mouse models. Furthermore, it was confirmed that this novel vaccinia virus strain still facilitated signal enhancement as detected by MRI and optoacoustic tomography. At the same time we demonstrated an enhanced oncolytic potential compared to the constitutively melanin synthesizing rVACV system.
Background
All international guidelines recommend perioperative antibiotic prophylaxis (PAB) should be routinely administered to patients undergoing cardiac surgery. However, the duration of PAB is heterogeneous and controversial.
Methods
Between 01.01.2011 and 31.12.2011, 1096 consecutive cardiac surgery patients were assigned to one of two groups receiving PAB with a second-generation cephalosporin for either 56 h (group I) or 32 h (group II). Patients’ characteristics, intraoperative data, and the in-hospital follow-up were analysed. Primary endpoint was the incidence of surgical site infection (deep and superficial sternal wound-, and vein harvesting site infection; DSWI/SSWI/VHSI). Secondary endpoints were the incidence of respiratory-, and urinary tract infection, as well as the mortality rate.
Results
615/1096 patients (56,1%) were enrolled (group I: n = 283 versus group II: n = 332). There were no significant differences with regard to patient characteristics, comorbidities, and procedure-related variables. No statistically significant differences were demonstrated concerning primary and secondary endpoints. The incidence of DSWI/SSWI/VHSI were 4/283 (1,4%), 5/283 (1,7%), and 1/283 (0,3%) in group I versus 6/332 (1,8%), 9/332 (2,7%), and 3/332 (0,9%) in group II (p = 0,76/0,59/0,63). In univariate analyses female gender, age, peripheral arterial obstructive disease, operating-time, ICU-duration, transfusion, and respiratory insufficiency were determinants for nosocomial infections (all ≤ 0,05). Subgroup analyses of these high-risk patients did not show any differences between the two regimes (all ≥ 0,05).
Conclusions
Reducing the duration of PAB from 56 h to 32 h in adult cardiac surgery patients was not associated with an increase of nosocomial infection rate, but contributes to reduce antibiotic resistance and health care costs.
Der Fokus dieser Studie liegt auf dem punktuellen Ausleuchten themenrelevanter Aspekte des deutsch-französischen Krieges von 1870/71. Somit ist die Einhaltung einer chronologischen Abfolge der Kriegsgenese, wie sie gängigen Publikationen zu eigen ist, nicht gegeben.
Es sollen vielmehr der Einfluss und die Bedeutung jener kulturell-mentaler und soziomorpher Prozesse recherchiert werden, die sich auf den Fortgang »dieses von vornherein verlorenen Krieges« (»une guerre perdue d’avance«) beziehen und welche in der traditionellen Kriegsliteratur kaum gewichtet bzw. nur marginal gestreift werden.
Die Arbeit wird dokumentiert durch eine Vielzahl von Quellen aus der Feder zeitgenössischer Kriegsteilnehmer, Historiker, Politiker und Literaten, von Theodor Fontane bis Léon Gambetta, von Baron de la Belle-Croix bis Napoleon III., von Hans v. Kretschman bis Alfred Duquet, von Karl Tanera bis General Chancy.
Zudem konnten in die Arbeit zusätzlich Analysen und Erkenntnisse gegenwärtiger Historiker und Militärs mit einbezogen werden, welche, unisono und in aller Offenheit, die eigentlichen Gründe der französischen Niederlage von 1870/71 darlegen. Des Weiteren wird sichtbar, weshalb die französische Nation nicht fähig und willens war, vom Elfenbeinturm ihrer Selbstüberschätzung in die Niederungen der Realität hinabzusteigen. Hier seien Autoren wie Audouin-Rouzeau, Henninger, Battesti, Frèrejean, David, Guelton, Serman, Bernède oder Dreyfus genannt.
Letztendlich runden Besuche des Verfassers an den Kriegsschauplätzen sowie Gespräche mit Menschen aus der Region das Bild des Kriegsgeschehens ab, wobei deren Rekurs auf tradierte Erinnerungen an diesen nahezu 150 Jahre zurückliegenden Krieg in Erstaunen versetzt.
Neben der Gliederung in Kapitel ist diese Arbeit in 4 übergeordnete Themengebiete eingeteilt: Der erste, größte Teil (Kapitel 1–22) behandelt das Kriegsgeschehen im Allgemeinen, während sich der zweite Teil (Kapitel 23–24) explizit der Rolle der zeitgenössischen Medien und der dritte Teil (Kapitel 25–27) der Resonanz des Kriegs in der zeitgenössischen Literatur widmen. Der vierte Teil ist als separater Abbildungsteil konzipiert, der die vorherigen Teile ergänzt.
Background
Myc proteins are essential regulators of animal growth during normal development, and their deregulation is one of the main driving factors of human malignancies. They function as transcription factors that (in vertebrates) control many growth- and proliferation-associated genes, and in some contexts contribute to global gene regulation.
Results
We combine chromatin immunoprecipitation-sequencing (ChIPseq) and RNAseq approaches in Drosophila tissue culture cells to identify a core set of less than 500 Myc target genes, whose salient function resides in the control of ribosome biogenesis. Among these genes we find the non-coding snoRNA genes as a large novel class of Myc targets. All assayed snoRNAs are affected by Myc, and many of them are subject to direct transcriptional activation by Myc, both in Drosophila and in vertebrates. The loss of snoRNAs impairs growth during normal development, whereas their overexpression increases tumor mass in a model for neuronal tumors.
Conclusions
This work shows that Myc acts as a master regulator of snoRNP biogenesis. In addition, in combination with recent observations of snoRNA involvement in human cancer, it raises the possibility that Myc’s transforming effects are partially mediated by this class of non-coding transcripts.
Background
Oncolytic virotherapy is a novel approach for the treatment of glioblastoma multiforme (GBM) which is still a fatal disease. Pathologic features of GBM are characterized by the infiltration with microglia/macrophages and a strong interaction between immune- and glioma cells. The aim of this study was to determine the role of microglia and astrocytes for oncolytic vaccinia virus (VACV) therapy of GBM.
Methods
VACV LIVP 1.1.1 replication in C57BL/6 and \(Foxn1^{nu/nu}\) mice with and without GL261 gliomas was analyzed. Furthermore, immunohistochemical analysis of microglia and astrocytes was investigated in non-, mock-, and LIVP 1.1.1-infected orthotopic GL261 gliomas in C57BL/6 mice. In cell culture studies virus replication and virus-mediated cell death of GL261 glioma cells was examined, as well as in BV-2 microglia and IMA2.1 astrocytes with M1 or M2 phenotypes. Co-culture experiments between BV-2 and GL261 cells and apoptosis/necrosis studies were performed. Organotypic slice cultures with implanted GL261 tumor spheres were used as additional cell culture system.
Results
We discovered that orthotopic GL261 gliomas upon intracranial virus delivery did not support replication of LIVP 1.1.1, similar to VACV-infected brains without gliomas. In addition, recruitment of \(Iba1^+\) microglia and \(GFAP^+\) astrocytes to orthotopically implanted GL261 glioma sites occurred already without virus injection. GL261 cells in culture showed high virus replication, while replication in BV-2 and IMA2.1 cells was barely detectable. The reduced viral replication in BV-2 cells might be due to rapid VACV-induced apoptotic cell death. In BV-2 and IMA 2.1 cells with M1 phenotype a further reduction of virus progeny and virus-mediated cell death was detected. Application of BV-2 microglial cells with M1 phenotype onto organotypic slice cultures with implanted GL261 gliomas resulted in reduced infection of BV-2 cells, whereas GL261 cells were well infected.
Conclusion
Our results indicate that microglia and astrocytes, dependent on their activation state, may preferentially clear viral particles by immediate uptake after delivery. By acting as VACV traps they further reduce efficient virus infection of the tumor cells. These findings demonstrate that glia cells need to be taken into account for successful GBM therapy development.
Introduction
Enhanced B cell activity, particularly memory B cells have gained interest in evaluating response during therapies with biologics. CD27-IgD- double-negative (DN) B cells lacking the conventional memory marker CD27 are reported to be part of the memory compartment, however, only scarce data is available for rheumatoid arthritis (RA). We therefore focused on DN B cells in RA, studied their isotypes and modulation during interleukin-6 receptor (IL-6R) inhibition by tocilizumab (TCZ).
Methods
DN B cells were phenotypically analyzed from 40 RA patients during TCZ at baseline week 12, week 24 and 1 year. A single B cell polymerase chain reaction (PCR) approach was used to study Ig receptors, VH gene rearrangements and specific isotypes.
Results
Phenotypic analysis showed a significantly expanded population of DN B cells in RA which contain a heterogeneous mixture of IgG-, IgA- and IgM-expressing cells with a clear dominance of IgG+ cells. DN B cells carry rearranged heavy chain gene sequences with a diversified mutational pattern consistent with memory B cells. In contrast to tumor necrosis factor alpha (TNF-α) inhibition, a significant reduction in mutational frequency of BCR gene rearrangements at week 12, 24 and 1 year (P <0.0001) was observed by in vivo IL-6R inhibition. These changes were observed for all BCR isotypes IgG, IgA and IgM at week 12, 24 and 1 year (P <0.0001). IgA-RF, IgA serum level and IgA+ DN B cells decreased significantly (P <0.05) at week 12 and week 24 during TCZ. Patients with a good European League Against Rheumatism (EULAR) response to TCZ had less DN B cells at baseline as compared to moderate responders (P = 0.006). Univariate logistic regression analysis revealed that the frequency of DN B cells at baseline is inversely correlated to a subsequent good EULAR response (P = 0.024) with an odds ratio of 1.48 (95% confidence interval as 1.05 to 2.06).
Conclusions
In RA, the heterogeneous DN B cell compartment is expanded and dominated by IgG isotype. TCZ can modulate the mutational status of DN Ig isotype receptors over 1 year. Interestingly, the frequency of DN B cells in RA may serve as a baseline predictor of subsequent EULAR response to TCZ.
Background
The dmrt1 and sox9 genes have a well conserved function related to testis formation in vertebrates, and the group of fish presents a great diversity of species and reproductive mechanisms. The lambari fish (Astyanax altiparanae) is an important Neotropical species, where studies on molecular level of sex determination and gonad maturation are scarce.
Methods
Here, we employed molecular cloning techniques to analyze the cDNA sequences of the dmrt1 and sox9 genes, and describe the expression pattern of those genes during development and the male reproductive cycle by qRT-PCR, and related to histology of the gonad.
Results
Phylogenetic analyses of predicted amino acid sequences of dmrt1 and sox9 clustered A. altiparanae in the Ostariophysi group, which is consistent with the morphological phylogeny of this species. Studies of the gonad development revealed that ovary formation occurred at 58 days after hatching (dah), 2 weeks earlier than testis formation. Expression studies of sox9 and dmrt1 in different tissues of adult males and females and during development revealed specific expression in the testis, indicating that both genes also have a male-specific role in the adult. During the period of gonad sex differentiation, dmrt1 seems to have a more significant role than sox9. During the male reproductive cycle dmrt1 and sox9 are down-regulated after spermiation, indicating a role of these genes in spermatogenesis.
Conclusions
For the first time the dmrt1 and sox9 were cloned in a Characiformes species. We show that both genes have a conserved structure and expression, evidencing their role in sex determination, sex differentiation and the male reproductive cycle in A. altiparanae. These findings contribute to a better understanding of the molecular mechanisms of sex determination and differentiation in fish.
Dispersal is a life-history trait affecting dynamics and persistence of populations; it evolves under various known selective pressures. Theoretical studies on dispersal typically assume 'natal dispersal', where individuals emigrate right after birth. But emigration may also occur during a later moment within a reproductive season ('breeding dispersal'). For example, some female butterflies first deposit eggs in their natal patch before migrating to other site(s) to continue egg-laying there. How breeding compared to natal dispersal influences the evolution of dispersal has not been explored. To close this gap we used an individual-based simulation approach to analyze (i) the evolution of timing of breeding dispersal in annual organisms, (ii) its influence on dispersal (compared to natal dispersal). Furthermore, we tested (iii) its performance in direct evolutionary contest with individuals following a natal dispersal strategy. Our results show that evolution should typically result in lower dispersal under breeding dispersal, especially when costs of dispersal are low and population size is small. By distributing offspring evenly across two patches, breeding dispersal allows reducing direct sibling competition in the next generation whereas natal dispersal can only reduce trans-generational kin competition by producing highly dispersive offspring in each generation. The added benefit of breeding dispersal is most prominent in patches with small population sizes. Finally, the evolutionary contests show that a breeding dispersal strategy would universally out-compete natal dispersal.
Brain-computer interfaces (BCIs) can serve as muscle independent communication aids. Persons, who are unable to control their eye muscles (e.g., in the completely locked-in state) or have severe visual impairments for other reasons, need BCI systems that do not rely on the visual modality. For this reason, BCIs that employ auditory stimuli were suggested. In this study, a multiclass BCI spelling system was implemented that uses animal voices with directional cues to code rows and columns of a letter matrix. To reveal possible training effects with the system, 11 healthy participants performed spelling tasks on 2 consecutive days. In a second step, the system was tested by a participant with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) in two sessions. In the first session, healthy participants spelled with an average accuracy of 76% (3.29 bits/min) that increased to 90% (4.23 bits/min) on the second day. Spelling accuracy by the participant with ALS was 20% in the first and 47% in the second session. The results indicate a strong training effect for both the healthy participants and the participant with ALS. While healthy participants reached high accuracies in the first session and second session, accuracies for the participant with ALS were not sufficient for satisfactory communication in both sessions. More training sessions might be needed to improve spelling accuracies. The study demonstrated the feasibility of the auditory BCI with healthy users and stresses the importance of training with auditory multiclass BCIs, especially for potential end-users of BCI with disease.
Introduction
The bursa subacromialis (BS) provides the gliding mechanism of the shoulder and regenerates itself after surgical removal. Therefore, we explored the presence of mesenchymal stem cells (MSCs) within the human adult BS tissue and characterized the BS cells compared to MSCs from bone marrow (BMSCs) on a molecular level.
Methods
BS cells were isolated by collagenase digest from BS tissues derived from patients with degenerative rotator cuff tears, and BMSCs were recovered by adherent culture from bone-marrow of patients with osteoarthritis of the hip. BS cells and BMSCs were compared upon their potential to proliferate and differentiate along chondrogenic, osteogenic and adipogenic lineages under specific culture conditions. Expression profiles of markers associated with mesenchymal phenotypes were comparatively evaluated by flow cytometry, immunohistochemistry, and whole genome array analyses.
Results
BS cells and BMSCs appeared mainly fibroblastic and revealed almost similar surface antigen expression profiles, which was \(CD44^+, CD73^+, CD90^+, CD105^+, CD106^+\),\(STRO-1^+, CD14^−, CD31^−, CD34^− ,
CD45^−, CD144^−\). Array analyses revealed 1969 genes upregulated and 1184 genes downregulated in BS cells vs. BMSCs, indicating a high level of transcriptome similarity. After 3 weeks of differentiation culture, BS cells and BMSCs showed a similar strong chondrogenic, adipogenic and osteogenic potential, as shown by histological, immunohistochemical and RT-PCR analyses in contrast to the respective negative controls.
Conclusions
Our in vitro characterizations show that BS cells fulfill all characteristics of mesenchymal stem cells, and therefore merit further attention for the development of improved therapies for various shoulder pathologies.
Mapping the longitudinal relaxation time \(T_1\) has widespread applications in clinical MRI as it promises a quantitative comparison of tissue properties across subjects and scanners. Due to the long scan times of conventional methods, however, the use of quantitative MRI in clinical routine is still very limited. In this work, an acceleration of Inversion-Recovery Look-Locker (IR-LL) \(T_1\) mapping is presented. A model-based algorithm is used to iteratively enforce an exponential relaxation model to a highly undersampled radially acquired IR-LL dataset obtained after the application of a single global inversion pulse. Using the proposed technique, a \(T_1\) map of a single slice with 1.6mm in-plane resolution and 4mm slice thickness can be reconstructed from data acquired in only 6s. A time-consuming segmented IR experiment was used as gold standard for \(T_1\) mapping in this work. In the subsequent validation study, the model-based reconstruction of a single-inversion IR-LL dataset exhibited a \(T_1\) difference of less than 2.6% compared to the segmented IR-LL reference in a phantom consisting of vials with \(T_1\) values between 200ms and 3000ms. In vivo, the \(T_1\) difference was smaller than 5.5% in WM and GM of seven healthy volunteers. Additionally, the \(T_1\) values are comparable to standard literature values. Despite the high acceleration, all model-based reconstructions were of a visual quality comparable to fully sampled references. Finally, the reproducibility of the \(T_1\) mapping method was demonstrated in repeated acquisitions. In conclusion, the presented approach represents a promising way for fast and accurate \(T_1\) mapping using radial IR-LL acquisitions without the need of any segmentation.
Background
The actin cytoskeleton is a hallmark of eukaryotic cells. Its regulation as well as its interaction with other proteins is carefully orchestrated by actin interaction domains. One of the key players is the WH2 motif, which enables binding to actin monomers and filaments and is involved in the regulation of actin nucleation. Contrasting conserved domains, the identification of this motif in protein sequences is challenging, as it is short and poorly conserved.
Findings
To identify divergent members, we combined Hidden-Markov-Model (HMM) to HMM alignments with orthology predictions. Thereby, we identified nearly 500 proteins containing so far not annotated WH2 motifs. This included shootin-1, an actin binding protein involved in neuron polarization. Among others, WH2 motifs of ‘proximal to raf’ (ptr)-orthologs, which are described in the literature, but not annotated in genome databases, were identified.
Conclusion
In summary, we increased the number of WH2 motif containing proteins substantially. This identification of candidate regions for actin interaction could steer their experimental characterization. Furthermore, the approach outlined here can easily be adapted to the identification of divergent members of further domain families.
Swelling-activated pathways for myo-inositol, one of the most abundant organic osmolytes in mammalian cells, have not yet been identified. The present study explores the SLC5A3 protein as a possible transporter of myo-inositol in hyponically swollen HEK293 cells. To address this issue, we examined the relationship between the hypotonicity-induced changes in plasma membrane permeability to myo-inositol Pino [m/s] and expression/localization of SLC5A3. Pino values were determined by cell volumetry over a wide tonicity range (100–275 mOsm) in myo-inositol-substituted solutions. While being negligible under mild hypotonicity (200–275 mOsm), Pino grew rapidly at osmolalities below 200 mOsm to reach a maximum of ∼3 nm/s at 100–125 mOsm, as indicated by fast cell swelling due to myo-inositol influx. The increase in Pino resulted most likely from the hypotonicity-mediated incorporation of cytosolic SLC5A3 into the plasma membrane, as revealed by confocal fluorescence microscopy of cells expressing EGFP-tagged SLC5A3 and super-resolution imaging of immunostained SLC5A3 by direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM). dSTORM in hypotonic cells revealed a surface density of membrane-associated SLC5A3 proteins of 200–2000 localizations/μm2. Assuming SLC5A3 to be the major path for myo-inositol, a turnover rate of 80–800 myo-inositol molecules per second for a single transporter protein was estimated from combined volumetric and dSTORM data. Hypotonic stress also caused a significant upregulation of SLC5A3 gene expression as detected by semiquantitative RT-PCR and Western blot analysis. In summary, our data provide first evidence for swelling-mediated activation of SLC5A3 thus suggesting a functional role of this transporter in hypotonic volume regulation of mammalian cells.
Background
Overexpression of transketolase-like 1 protein TKTL1 in cancer cells has been reported to correlate with enhanced glycolysis and lactic acid production. Furthermore, enhanced TKTL1 expression was put into context with resistance to chemotherapy and ionizing radiation. Here, a panel of human malign and benign cells, which cover a broad range of chemotherapy and radiation resistance as well as reliance on glucose metabolism, was analyzed in vitro for TKTL1 expression.
Methods
17 malign and three benign cell lines were characterized according to their expression of TKTL1 on the protein level with three commercially available anti-TKTL1 antibodies utilizing immunohistochemistry and Western blot, as well as on mRNA level with three published primer pairs for RT-qPCR. Furthermore, sensitivities to paclitaxel, cisplatin and ionizing radiation were assessed in cell survival assays. Glucose consumption and lactate production were quantified as surrogates for the “Warburg effect”.
Results
Considerable amounts of tktl1 mRNA and TKTL1 protein were detected only upon stable transfection of the human embryonic kidney cell line HEK293 with an expression plasmid for human TKTL1. Beyond that, weak expression of endogenous tktl1 mRNA was measured in the cell lines JAR and U251. Western blot analysis of JAR and U251 cells did not detect TKTL1 at the expected size of 65 kDa with all three antibodies specific for TKTL1 protein and immunohistochemical staining was observed with antibody JFC12T10 only. All other cell lines tested here revealed expression of tktl1 mRNA below detection limits and were negative for TKTL1 protein. However, in all cell lines including TKTL1-negative HEK293-control cells, antibody JFC12T10 detected multiple proteins with different molecular weights. Importantly, JAR and U251 did neither demonstrate an outstanding production of lactic acid nor increased resistance against chemotherapeutics or to ionizing radiation, respectively.
Conclusion
Using RT-qPCR and three different antibodies we observed only exceptional occurrence of TKTL1 in a panel of malignant human cell lines in vitro. The presence of TKTL1 was unrelated to either the rate of glucose consumption/lactic acid production or resistance against chemo- and radiotherapy.
In the field of spintronics, spin manipulation and spin transport are the main principles that need to be implemented. The main focus of this thesis is to analyse semiconductor systems where high fidelity in these principles can be achieved. To this end, we use numerical methods for precise results, supplemented by simpler analytical models for interpretation.
The material system of 2D topological insulators, HgTe/CdTe quantum wells, is interesting not only because it provides a topologically distinct phase of matter, physically manifested in its protected transport properties, but also since within this system, ballistic transport of high quality can be realized, with Rashba spin-orbit coupling and electron densities that are tunable by electrical gating. Extending the Bernvevig-Hughes-Zhang model for 2D topological insulators, we derive an effective four-band model including Rashba spin-orbit terms due to an applied potential that breaks the spatial inversion symmetry of the quantum well. Spin transport in this system shows interesting physics because the effects of Rashba spin-orbit terms and the intrinsic Dirac-like spin-orbit terms compete. We show that the resulting spin Hall signal can be dominated by the effect of Rashba spin-orbit coupling. Based on spin splitting due to the latter, we propose a beam splitter setup for all-electrical generation and detection of spin currents. Its working principle is similar to optical birefringence. In this setup, we analyse spin current and spin polarization signals of different spin vector components and show that large in-plane spin polarization of the current can be obtained. Since spin is not a conserved quantity of the model,
we first analyse the transport of helicity, a conserved quantity even in presence of Rashba spin-orbit terms. The polarization defined in terms of helicity is related to in-plane polarization of the physical spin.
Further, we analyse thermoelectric transport in a setup showing the spin Hall effect. Due to spin-orbit coupling, an applied temperature gradient generates a transverse spin current, i.e. a spin Nernst effect, which is related to the spin Hall effect by a Mott-like relation. In the metallic energy regimes, the signals are qualitatively explained by simple analytic models. In the insulating regime, we observe a spin Nernst signal that originates from the finite-size induced overlap of edge states.
In the part on methods, we discuss two complementary methods for construction of effective semiconductor models, the envelope function theory and the method of invariants. Further, we present elements of transport theory, with some emphasis on spin-dependent signals. We show the connections of the adiabatic theorem of quantum mechanics to the semiclassical theory of electronic transport and to the characterization of topological phases. Further, as application of the adiabatic theorem to a control problem, we show that universal control of a single spin in a heavy-hole quantum dot is experimentally realizable without breaking time reversal invariance,
but using a quadrupole field which is adiabatically changed as control knob. For experimental realization, we propose a GaAs/GaAlAs quantum well system.
Biased cognitive processes are very likely involved in the maintenance of fears and anxiety. One of such cognitive processes is the perceived relationship between fear-relevant stimuli and aversive consequences. If this relationship is perceived although objective contingencies have been random, it is called an (a posteriori) illusory correlation. If this relationship is overestimated before objective contingencies are experienced, it is called an (a priori) expectancy bias. Previous investigations showed that fear-relevant illusory correlations exist, but very few is known about how and why this cognitive bias develops. In the present dissertation thesis, a model is proposed based on a review of the literature on fear-relevant illusory correlations. This model describes how psychological factors might have an influence on fear and illusory correlations. Several critical implications of the model were tested in four experiments.
Experiment 1 tested the hypothesis that people do not only overestimate the proportion of aversive consequences (startle sounds) following emotionally negative stimuli (pictures of mutilations) relative to neutral stimuli (pictures of household objects), but also following highly arousing positive stimuli (pictures of erotic scenes), because arousal might be an important determinant of illusory correlations. The result was a significant expectancy bias for negative stimuli and a much smaller expectancy bias for positive stimuli. Unexpectedly, expectancy bias was restricted to women. An a posteriori illusory correlation was not found overall, but only in those participants who perceived the aversive consequences following negative stimuli as particularly aversive.
Experiment 2 tested the same hypothesis as experiment 1 using a paradigm that evoked distinct basic emotions (pictures inducing fear, anger, disgust or happiness). Only negative emotions resulted in illusory correlations with aversive outcomes (startle sounds), especially the emotions of fear and disgust. As in experiment 1, the extent of these illusory correlations was correlated with the perceived aversiveness of aversive outcomes. Moreover, only women overestimated the proportion of aversive outcomes during pictures that evoked fear, anger or disgust.
Experiment 3 used functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) to measure biased brain activity in female spider phobics during an illusory correlation paradigm. Both spider phobics and healthy controls expected more aversive outcomes (painful electrical shocks) following pictures of spiders than following neutral control stimuli (pictures of mushrooms). Spider phobics but not healthy controls overestimated the proportion of aversive outcomes following pictures of spiders in a trial-by-trial memory task. This a posteriori illusory correlation was correlated with enhanced shock aversiveness and activity in primary sensory-motor cortex in phobic participants. Moreover, spider phobics’ brain activity in the left dorsolateral prefrontal cortex was elevated in response to spider images. This activity also predicted the extent of the illusory correlation, which supports the theory that executive and attentional resources play an important role in the maintenance of illusory correlations.
Experiment 4 tested the hypothesis that the enhanced aversiveness of some outcomes would be sufficient to causally induce an illusory correlation. Neutral images (colored geometric figures) were paired with differently aversive outcomes (three startle sounds varying in intensity). Participants developed an illusory correlation between those images, which predicted the most aversive sound and this sound, which means that this association was overestimated relative to the other associations. The extent of the illusory correlation was positively correlated with participants’ self-reported anxiety. The results imply that the previously found relationship between illusory correlations and outcome aversiveness might reflect a causal impact of outcome aversiveness or salience on illusory correlations.
In sum, the conducted experiments indicate that illusory correlations between fear-relevant stimuli and aversive consequences might persist – among other factors - because of an enhanced aversiveness or salience of aversive consequences following feared stimuli. This assumption is based on correlational findings, a neural measure of outcome perception and a causal influence of outcome aversiveness on illusory correlations. Implications of these findings were integrated into a model of fear-relevant illusory correlations and potential implications are discussed. Future investigations should further elucidate the role of executive functions and gender effects. Moreover, the trial-by-trial assessment of illusory correlations is recommended to increase reliability of the concept. From a clinical perspective, the down-regulation of aversive experiences and the allocation of attention to non-aversive experiences might help to cure anxiety and cognitive bias.
Adenosine receptors that belong to the rhodopsin-like G protein-coupled receptors (GPCRs) are involved in a lot of regulatory processes and are widely distributed throughout the body which makes them an attractive target for drugs. However, pharmacological knowledge of these receptors is still limited. A big advance regarding the structural knowledge of adenosine receptors was the development of the first crystal structure of the adenosine A2A receptor in 2008. The crystal structure revealed the amino acids that form the ligand binding pocket of the receptor and depicted the endpoint of receptor movement in the ligand binding process. Within the scope of this work two members of the adenosine receptor family were investigated, namely the adenosine A1 and the A2A receptor (A1R, A2AR). A1R was generated on base of the previously developed A2AR. Receptors were tagged with fluorophores, with the cyan fluorescent protein (CFP) at the C-terminal end of receptor and the Fluorescein Arsenical Hairpin binder (FlAsH) binding sequence within the third intracellular loop of receptors. Resulting fluorescent receptor sensors
A1 Fl3 CFP and A2A Fl3 CFP were investigated with help of Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) measurements within living cells. FRET experiments enable the examination of alteration in the distance of two fluorophores and thus the observation of receptor dynamical movements.
For comparison of A1R and A2AR regarding receptor dynamical movement upon ligand binding, fluorescent receptor sensors A1 Fl3 CFP and A2A Fl3 CFP were superfused with various ligands and the outcomes of FRET experiments were compared regarding signal height of FRET ratio evoked by the distinct ligand that is correlated to the conformational change of receptor upon ligand binding. Beside the different direction of FRET ratio upon ligand binding at A1R and A2AR sensor, there were differences observable when signal height and association and dissociation kinetics of the various ligands investigated were compared to each other. Differences between the adenosine receptor subtypes were especially remarkable for the A1R subtype selective agonist CPA and the A2AR subtype selective agonist CGS 21680. Another part of the project was to investigate the influence of single amino acids in the ligand binding process within the fluorescent A1R sensor. Amino acid positions were derived from the crystal structure of the A2AR forming the ligand binding pocket and these amino acids were mutated in the A1R structure. Investigation of the A1R sensor and its mutants regarding confocal analysis showed involvement
of some amino acids in receptor localization. When these amino acids were mutated receptors were not expressed in the plasma membrane of cells. Some amino acids investigated were found to be involved in the ligand binding process in general whereas other amino acids were found to have an influence on the binding of distinct structural groups of the ligands investigated. In a further step, A1R and A2AR were N-terminally tagged with SNAP or CLIP which allowed to label receptor sensors with multiple fluorophores. With this technique receptor distribution in cells could be investigated with help of confocal analysis. Furthermore, ligand binding with fluorescent adenosine receptor ligands and their competition with help of a non-fluorescent antagonist was examined at the SNAP tagged A1R and A2AR. Finally the previously developed receptor sensors were combined to the triple labeled receptor sensors SNAP A1 Fl3 CFP and SNAP A2A Fl3 CFP which were functional regarding FRET experiments and plasma membrane expression was confirmed via confocal analysis. In the future, with the help of this technique, interaction between fluorescent ligand and SNAP tagged receptor can be monitored simultaneously with the receptor movement that is indicated by the distance alteration between FlAsH and CFP. This can
lead to a better understanding of receptor function and its dynamical movement upon ligand binding which may contribute to the development of new and more specific drugs for the A1R and A2AR in the future.
To rapidly process biologically relevant stimuli, sensory systems have developed a broad variety of coding mechanisms like parallel processing and coincidence detection. Parallel processing (e.g., in the visual system), increases both computational capacity and processing speed by simultaneously coding different aspects of the same stimulus. Coincidence detection is an efficient way to integrate information from different sources. Coincidence has been shown to promote associative learning and memory or stimulus feature detection (e.g., in auditory delay lines). Within the dual olfactory pathway of the honeybee both of these mechanisms might be implemented by uniglomerular projection neurons (PNs) that transfer information from the primary olfactory centers, the antennal lobe (AL), to a multimodal integration center, the mushroom body (MB). PNs from anatomically distinct tracts respond to the same stimulus space, but have different physiological properties, characteristics that are prerequisites for parallel processing of different stimulus aspects. However, the PN pathways also display mirror-imaged like anatomical trajectories that resemble neuronal coincidence detectors as known from auditory delay lines. To investigate temporal processing of olfactory information, we recorded PN odor responses simultaneously from both tracts and measured coincident activity of PNs within and between tracts. Our results show that coincidence levels are different within each of the two tracts. Coincidence also occurs between tracts, but to a minor extent compared to coincidence within tracts. Taken together our findings support the relevance of spike timing in coding of olfactory information (temporal code).
RNP granules are ribonucleoprotein assemblies that regulate the post-transcriptional fate of mRNAs in all eukaryotes. Their exact function remains poorly understood, one reason for this is that RNP granule purification has not yet been achieved. We have exploited a unique feature of trypanosomes to prepare a cellular fraction highly enriched in starvation stress granules. First, granules remain trapped within the cage-like, subpellicular microtubule array of the trypanosome cytoskeleton while soluble proteins are washed away. Second, the microtubules are depolymerized and the granules are released.
RNA sequencing combined with single molecule mRNA FISH identified the short and highly abundant mRNAs encoding ribosomal mRNAs as being excluded from granules. By mass spectrometry we have identified 463 stress granule candidate proteins. For 17/49 proteins tested by eYFP tagging we have confirmed the localization to granules, including one phosphatase, one methyltransferase and two proteins with a function in trypanosome life-cycle regulation.
The novel method presented here enables the unbiased identification of novel RNP granule components, paving the way towards an understanding of RNP granule function.
Background
Bone morphogenetic protein (BMP)-2 and growth and differentiation factor (GDF)-5 are two related transforming growth factor (TGF)-β family members with important functions in embryonic development and tissue homeostasis. BMP-2 is best known for its osteoinductive properties whereas GDF-5—as evident from its alternative name, cartilage derived morphogenetic protein 1—plays an important role in the formation of cartilage. In spite of these differences both factors signal by binding to the same subset of BMP receptors, raising the question how these different functionalities are generated. The largest difference in receptor binding is observed in the interaction with the type I receptor BMPR-IA. GDF-5, in contrast to BMP-2, shows preferential binding to the isoform BMPR-IB, which is abrogated by a single amino acid (A57R) substitution. The resulting variant, GDF-5 R57A, represents a “BMP-2 mimic” with respect to BMP receptor binding. In this study we thus wanted to analyze whether the two growth factors can induce distinct signals via an identically composed receptor.
Results
Unexpectedly and dependent on the cellular context, GDF-5 R57A showed clear differences in its activity compared to BMP-2. In ATDC-5 cells, both ligands induced alkaline phosphatase (ALP) expression with similar potency. But in C2C12 cells, the BMP-2 mimic GDF-5 R57A (and also wild-type GDF-5) clearly antagonized BMP-2-mediated ALP expression, despite signaling in both cell lines occurring solely via BMPR-IA. The BMP-2- antagonizing properties of GDF-5 and GDF-5 R57A could also be observed in vivo when implanting BMP-2 and either one of the two GDF-5 ligands simultaneously at heterotopic sites.
Conclusions
Although comparison of the crystal structures of the GDF-5 R57A:BMPR-IAEC- and BMP-2:BMPR-IAEC complex revealed small ligand-specific differences, these cannot account for the different signaling characteristics because the complexes seem identical in both differently reacting cell lines. We thus predict an additional component, most likely a not yet identified GDF-5-specific co-receptor, which alters the output of the signaling complexes. Hence the presence or absence of this component then switches GDF-5′s signaling capabilities to act either similar to BMP-2 or as a BMP-2 antagonist. These findings might shed new light on the role of GDF-5, e.g., in cartilage maintenance and/or limb development in that it might act as an inhibitor of signaling events initiated by other BMPs.
We used a new methodological approach to investigate whether top-down influences like expertise determine the extent of unconscious processing. This approach does not rely on preexisting differences between experts and novices, but instructs essentially the same task in a way that either addresses a domain of expertise or not. Participants either were instructed to perform a lexical decision task (expert task) or to respond to a combination of single features of word and non-word stimuli (novel task). The stimuli and importantly also the mapping of responses to those stimuli, however, were exactly the same in both groups. We analyzed congruency effects of masked primes depending on the instructed task. Participants performing the expert task responded faster and less error prone when the prime was response congruent rather than incongruent. This effect was significantly reduced in the novel task, and even reversed when excluding identical prime-target pairs. This indicates that the primes in the novel task had an effect on a perceptual level, but were not able to impact on response activation. Overall, these results demonstrate an expertise-based top-down modulation of unconscious processing that cannot be explained by confounds that are otherwise inherent in comparisons between novices and experts.
Despite recent therapeutic advances the prognosis of heart failure remains poor. Recent research suggests that heart failure is a heterogeneous syndrome and that many patients have stimulating auto-antibodies directed against the second extracellular loop of the \(β_1\) adrenergic receptor \((β_1EC2)\). In a human-analogous rat model such antibodies cause myocyte damage and heart failure. Here we used this model to test a novel antibody-directed strategy aiming to prevent and/or treat antibody-induced cardiomyopathy. To generate heart failure, we immunised n = 76/114 rats with a fusion protein containing the human β1EC2 (amino-acids 195–225) every 4 weeks; n = 38/114 rats were control-injected with 0.9% NaCl. Intravenous application of a novel cyclic peptide mimicking \(β_1EC2\) (\(β_1EC2-CP\), 1.0 mg/kg every 4 weeks) or administration of the \(β_1-blocker\) bisoprolol (15 mg/kg/day orally) was initiated either 6 weeks (cardiac function still normal, prevention-study, n = 24 (16 treated vs. 8 untreated)) or 8.5 months after the 1st immunisation (onset of cardiomyopathy, therapy-study, n = 52 (40 treated vs. 12 untreated)); n = 8/52 rats from the therapy-study received \(β_1EC2-CP/bisoprolol\) co-treatment. We found that \(β_1EC2-CP\) prevented and (alone or as add-on drug) treated antibody-induced cardiac damage in the rat, and that its efficacy was superior to mono-treatment with bisoprolol, a standard drug in heart failure. While bisoprolol mono-therapy was able to stop disease-progression, \(β_1EC2-CP\) mono-therapy -or as an add-on to bisoprolol- almost fully reversed antibody-induced cardiac damage. The cyclo¬peptide acted both by scavenging free \(anti-β_1EC2-antibodies\) and by targeting \(β_1EC2\)-specific memory B-cells involved in antibody-production. Our model provides the basis for the clinical translation of a novel double-acting therapeutic strategy that scavenges harmful \(anti-β_1EC2-antibodies\) and also selectively depletes memory B-cells involved in the production of such antibodies. Treatment with immuno-modulating cyclopeptides alone or as an add-on to \(β_1\)-blockade represents a promising new therapeutic option in immune-mediated heart failure.
The LIM and SH3 protein 1 (LASP1) is a focal adhesion protein. Its expression is increased in many malignant tumors. However, little is known about the physiological role of the protein. In the present study, we investigated the expression and function of LASP1 in normal skin, melanocytic nevi and malignant melanoma. In normal skin, a distinct LASP1 expression is visible only in the basal epidermal layer while in nevi LASP1 protein is detected in all melanocytes. Melanoma exhibit no increase in LASP1 mRNA compared to normal skin. In melanocytes, the protein is bound to dynamin and mainly localized at late melanosomes along the edges and at the tips of the cell. Knockdown of LASP1 results in increased melanin concentration in the cells. Collectively, we identified LASP1 as a hitherto unknown protein in melanocytes and as novel partner of dynamin in the physiological process of membrane constriction and melanosome vesicle release.
Previous research showed that priming effects in the affective misattribution procedure (AMP) are unaffected by direct warnings to avoid an influence of the primes. The present research examined whether a priming influence is diminished by task procedures that encourage accurate judgments of the targets. Participants were motivated to categorize the affective meaning of nonsense targets accurately by being made to believe that a true word was presented in each trial and by providing feedback on (allegedly) incorrect responses. This condition produced robust priming effects. Priming was however reduced and less reliable relative to more typical AMP conditions in which participants guessed the meaning of openly presented nonsense targets. Affective judgments of nonsense targets were not affected by advance knowledge of the response mapping during the priming phase, which argues against a response-priming explanation of AMP effects. These findings show that affective primes influence evaluative judgments even in conditions in which the motivation to provide accurate responses is high and a priming of motor responses is not possible. Priming effects were however weaker with high accuracy motivation, suggesting that a focus on accurate judgments is an effective strategy to control for an unwanted priming influence in the AMP.
The objective of this study was to test the usability of a new auditory Brain-Computer Interface (BCI) application for communication. We introduce a word based, intuitive auditory spelling paradigm the WIN-speller. In the WIN-speller letters are grouped by words, such as the word KLANG representing the letters A, G, K, L, and N. Thereby, the decoding step between perceiving a code and translating it to the stimuli it represents becomes superfluous. We tested 11 healthy volunteers and four end-users with motor impairment in the copy spelling mode. Spelling was successful with an average accuracy of 84% in the healthy sample. Three of the end-users communicated with average accuracies of 80% or higher while one user was not able to communicate reliably. Even though further evaluation is required, the WIN-speller represents a potential alternative for BCI based communication in end-users.
Background
The maximal expiratory flow at 50 % of the forced vital capacity (MEF50) is the flow where half of forced vital capacity (FVC) remains to be exhaled. A reduced MEF50 has been suggested as a surrogate marker of small airways disease. The diagnostic and prognostic utility of this easy to assess spirometric variable in persons with respiratory symptoms, but without COPD is unclear.
Methods
We used data from the UHFO-COPD cohort in which 405 community-dwelling persons aged 65 years or over, and a general practitioner’s diagnosis of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) underwent pulmonary function testing and echocardiography. In total 161 patients had no COPD according to the spirometric GOLD criteria. We considered MEF50 as reduced if < 60 % of predicted.
Results
Of the 161 patients without COPD (mean age 72 ± 5.7 years; 35 % male; follow-up 4.5 ± 1.1 years), 61 (37.9 %) had a reduced MEF50. They were older, had more pack-years of smoking, more respiratory symptoms, and used more frequently inhaled medication than the remaining 100 subjects. A reduced MEF50 was nearly twice as often associated with newly detected heart failure (HF) at assessment (29.5 % vs. 15.6 %, p = 0.045). In age-and sex-adjusted Cox regression analysis, a reduced MEF50 was significantly associated with episodes of acute bronchitis (hazard ratio 2.54 95 % confidence interval (1.26; 5.13) P = 0.009), and in trend with pneumonia (2.14 (0.98; 4.69) P = 0.06) and hospitalizations for pulmonary reasons (2.28 (0.93; 5.62) P = 0.07).
Conclusions
In older community-dwelling persons with pulmonary symptoms but without COPD, a reduced MEF50 may help to uncover unrecognized HF, and identify those at a higher risk for episodes of acute bronchitis, pneumonia and hospitalizations for pulmonary reasons. Echocardiography and close follow-up should be considered in these patients.
We report on a nine-month-old girl who presented with persisting cough, and diminished ventilation of the left hemithorax. Viral pneumonia was suspected after Adenovirus detection by PCR, but chest X-rays showed a persistent shadowing of the left hemithorax and persistent coughing despite clinical improvement. Because of the discrepancy between clinical and radiological signs further investigations by ultrasound and CT scan were performed, which visualized an intrathroracic tumor. Histopathology confirmed diagnosis of a teratoma.
This case highlights the need for careful evaluation by the treating physicians. If the chest X-ray provides a discrepancy to the clinical findings or persistent pathologies exist, differential diagnosis should be discussed and further diagnostics be performed.
Long-term behavioral changes related to learning and experience have been shown to be associated with structural remodeling in the brain. Leaf-cutting ants learn to avoid previously preferred plants after they have proved harmful for their symbiotic fungus, a process that involves long-term olfactory memory. We studied the dynamics of brain microarchitectural changes after long-term olfactory memory formation following avoidance learning in Acromyrmex ambiguus. After performing experiments to control for possible neuronal changes related to age and body size, we quantified synaptic complexes (microglomeruli, MG) in olfactory regions of the mushroom bodies (MBs) at different times after learning. Long-term avoidance memory formation was associated with a transient change in MG densities. Two days after learning, MG density was higher than before learning. At days 4 and 15 after learning—when ants still showed plant avoidance—MG densities had decreased to the initial state. The structural reorganization of MG triggered by long-term avoidance memory formation clearly differed from changes promoted by pure exposure to and collection of novel plants with distinct odors. Sensory exposure by the simultaneous collection of several, instead of one, non-harmful plant species resulted in a decrease in MG densities in the olfactory lip. We hypothesize that while sensory exposure leads to MG pruning in the MB olfactory lip, the formation of long-term avoidance memory involves an initial growth of new MG followed by subsequent pruning.
Background
Anemia is common and is associated with impaired clinical outcomes in diabetic chronic kidney disease (CKD). It may be explained by reduced erythropoietin (EPO) synthesis, but recent data suggest that EPO-resistance and diminished iron availability due to inflammation contribute significantly. In this cohort study, we evaluated the impact of hepcidin-25—the key hormone of iron-metabolism—on clinical outcomes in diabetic patients with CKD along with endogenous EPO levels.
Methods
249 diabetic patients with CKD of any stage, excluding end-stage renal disease (ESRD), were enrolled (2003–2005), if they were not on EPO-stimulating agent and iron therapy. Hepcidin-25 levels were measured by radioimmunoassay. The association of hepcidin-25 at baseline with clinical variables was investigated using linear regression models. All-cause mortality and a composite endpoint of CKD progression (ESRD or doubling of serum creatinine) were analyzed by Cox proportional hazards models.
Results
Patients (age 67 yrs, 53% male, GFR 51 ml/min, hemoglobin 131 g/L, EPO 13.5 U/L, hepcidin-25 62.0 ng/ml) were followed for a median time of 4.2 yrs. Forty-nine patients died (19.7%) and forty (16.1%) patients reached the composite endpoint. Elevated hepcidin levels were independently associated with higher ferritin-levels, lower EPO-levels and impaired kidney function (all p<0.05). Hepcidin was related to mortality, along with its interaction with EPO, older age, greater proteinuria and elevated CRP (all p<0.05). Hepcidin was also predictive for progression of CKD, aside from baseline GFR, proteinuria, low albumin- and hemoglobin-levels and a history of CVD (all p<0.05).
Conclusions
We found hepcidin-25 to be associated with EPO and impaired kidney function in diabetic CKD. Elevated hepcidin-25 and EPO-levels were independent predictors of mortality, while hepcidin-25 was also predictive for progression of CKD. Both hepcidin-25 and EPO may represent important prognostic factors of clinical outcome and have the potential to further define “high risk” populations in CKD.
Background
Information extraction techniques that get structured representations out of unstructured data make a large amount of clinically relevant information about patients accessible for semantic applications. These methods typically rely on standardized terminologies that guide this process. Many languages and clinical domains, however, lack appropriate resources and tools, as well as evaluations of their applications, especially if detailed conceptualizations of the domain are required. For instance, German transthoracic echocardiography reports have not been targeted sufficiently before, despite of their importance for clinical trials. This work therefore aimed at development and evaluation of an information extraction component with a fine-grained terminology that enables to recognize almost all relevant information stated in German transthoracic echocardiography reports at the University Hospital of Würzburg.
Methods
A domain expert validated and iteratively refined an automatically inferred base terminology. The terminology was used by an ontology-driven information extraction system that outputs attribute value pairs. The final component has been mapped to the central elements of a standardized terminology, and it has been evaluated according to documents with different layouts.
Results
The final system achieved state-of-the-art precision (micro average.996) and recall (micro average.961) on 100 test documents that represent more than 90 % of all reports. In particular, principal aspects as defined in a standardized external terminology were recognized with f 1=.989 (micro average) and f 1=.963 (macro average). As a result of keyword matching and restraint concept extraction, the system obtained high precision also on unstructured or exceptionally short documents, and documents with uncommon layout.
Conclusions
The developed terminology and the proposed information extraction system allow to extract fine-grained information from German semi-structured transthoracic echocardiography reports with very high precision and high recall on the majority of documents at the University Hospital of Würzburg. Extracted results populate a clinical data warehouse which supports clinical research.
Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) are the only source of human lymphoid cells routinely available for immunologic research and for immunomonitoring of T-cell responses to microbial and tumor-associated antigens. However the large majority of human T-cells resides in tissues, especially in lymphatic organs, while only 1 % of the body’s T-cells circulate in the blood stream. Previous work in mice and humans had indicated that CD4 T-cells transiently lose antigen sensitivity when cellular contacts are lost, e.g. by leaving lymphoid organs such as lymph nodes (LNs) and entering the circulation. In this study, these findings were extended to CD8 T-cells. Thus, CD8 T-cell responses of the human tonsil show a significant drop in sensitivity to viral antigens if tissue-exit was simulated by keeping cells in dispersed culture at body temperature for two hours.
Conversely, tissue-like functionality in blood-derived CD8 T-cells was restored by applying the simple and robust RESTORE protocol. Indeed, application of the RESTORE protocol, i.e. pre-culturing PBMCs for two days at a high cell density before initiation of antigenic stimulation, demonstrated that CD8 T-cell responses to a broad range of viral and to tumor-associated antigens are greatly underestimated, and sometimes even remain undetected if conventional, unprocessed PBMC cultures are used. The latter finding is particularly striking with regard to the appearance of Wilms tumor 1 (WT1)-specific CD8 T-cell responses in leukemia patients after allogeneic bone marrow transplantation. My studies on the mechanism of the RESTORE protocol show that HD preculture of PBMCs does not involve antigen-or cytokine-driven clonal expansion of T-cells. Moreover, the gain in antigen sensitivity cannot be explained by a decreased activity of regulatory T-cells during the preculture step. The increased antigen sensitivity of CD8 T-cells from HD precultures of PBMCs is associated with tonic T-cell receptor signaling as indicated by enhanced tyrosine phosphorylation of the CD3 ζ chains and the tyrosine kinase Lck, thereby preparing T-cells for full responses. The upregulation of genes involved in aerobic glycolysis in “restored” CD8 memory T-cells relative to fresh cells might be an essential requirement for increased T-cell functionality including the regulation of IFN-γ production. Taken together, the RESTORE protocol, which was initially described for the CD4 T-cell response to the antibody TGN1412 permits a more meaningful monitoring of CD8 T-cell responses to viral infections and tumors. Furthermore, when generating T-cell lines for adoptive T-cell therapy, the RESTORE protocol allows the generation of CD8 T-cell lines with an improved representation of clones responding to low antigen concentrations.
Das Ziel der Promotion war die Entwicklung eines Flusssensors mit dem Fokus auf Flussmessungen an Pflanzen. Dazu musste zunächst die Hardware in Form eines räumlich zugänglichen Magneten und einer Sende- und Empfangseinheit entworfen werden. Um die MR-Konsole ansteuern zu können, musste eine Software entwickelt werden. Die AC-Methode wurde für Flussmessungen mit niedrigen Geschwindigkeiten angepasst und die entsprechende Theorie dazu erweitert. Mit dieser weiterentwickelten AC-Methode wurde die Flussmessung an Pflanzen demonstriert. Dafür wurden im Rahmen einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe „Lipid Motobolism“ der IPK-Gatersleben Flussstudien an Weizenpflanzen durchgeführt. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit eine neue Technik zur Wirbelstromvermeidung bei Permanentmagneten entwickelt, um Problemen mit diesen bei Flussmessungen entgegenzuwirken.
Sensorbau
Es wurde ein zugänglicher, mobiler Magnet mit einer Feldstärke von 0,42 T gebaut. Die Feldhomogenität beträgt 0,5 ppm in 1 cm³. Im Vergleich zu dem am Lehrstuhl der EP5 bestehenden, geschlossenen, mobilen Magnetsystem erreicht das in dieser Arbeit gebaute System ein 40fach homogeneres Magnetfeld. Erzielt wurden diese Verbesserungen durch ein spezielles Design, welches durch Computersimulationen sukzessiv optimiert wurde. Durch angepasste Polschuhe konnte darüber hinaus die Induktion von Wirbelströmen im Mittel um einen Faktor 7 reduziert werden, wodurch phasensensitive Flussmessungen ermöglicht wurden.
Um die Zugänglichkeit zu dem Innenraum der HF-Spulen zu gewährleisten, wurde eine Klappspule weiterentwickelt und als Sende- und Empfangseinheit für den Tomographen gebaut. Ferner wurde ein System gebaut, dass direkt um die Pflanze gewickelt werden kann und sich somit für besonders dünne Pflanzenstängel eignet.
Weiterhin wurden zwei Systeme zur Rauschunterdrückung für die Messungen an Pflanzen entwickelt. Dadurch konnte das Rauschen um einen Faktor 92 gesenkt werden. Dies war notwendig, weil die länglichen Pflanzen durch ihre Ausdehnung über das Gehäuse hinweg ein Rauschen in die Empfangsspule induziert haben. Die beiden Rauschunterdrückungssysteme, die elektrische Schirmung und die Gleichtaktunterdrückung, entfernten das Rauschen dabei gleichermaßen.
Flussmessung
Die im Rahmen der Arbeit erfolgte Weiterentwicklung der AC-Methode [102] erlaubte es erstmals mit der Methode quantitative Flussprofile aufzunehmen. In Folge dessen war es
außerdem möglich Geschwindigkeiten unter 200 µm/s zu messen. Die Vorrausetzung dafür war die Implementierung von trapezförmigen Gradienten, welche kürzere Rampzeiten und eine stärkere Kodierung zulassen. Dadurch sind außerdem Intervalle ohne Gradienten realisierbar, die effizientere Refokussierungspulse und die Aufnahme mehrerer Datenpunkte ermöglichen. Die zu erwartenden und simulierten Flussprofile entsprachen den gemessenen Profilen durch die Verwendung einer neuen Auswertungstechnik.
Die neu entwickelte Erweiterung zur Bildgebung ermöglicht die ortsaufgelöste, spektroskopische Flussmessung und so können die Bereiche von Xylem und Phloem voneinander getrennt werden. Dies wurde durch Messungen einer Schwarzerle gezeigt, bei der die im Abschnitt 5.1 beschriebene Struktur dikotyler Pflanzen aufgelöst werden konnte. Zusätzlich können qualitativ genauere Aussagen über die Flussgeschwindigkeit getroffen werden.
Bei Messungen an Pflanzen konnte mit der optimierten AC-Methode die Flussänderungen aufgrund äußerer Einflüsse, wie der Beleuchtung, beobachtet werden. Langzeitmessungen über 9 Tage zeigten einen der Beleuchtung folgenden Flussverlauf - auch bei sehr geringen mittleren Flussänderungen von unter 200 µm/s.
Bloch-Siegert Phasenkodierung
Um eine Phasenkodierung ohne die Induktion von Wirbelströmen zu erhalten, wurde im Rahmen der Arbeit die ortsabhängige Phasenkodierung mittels B1-Gradienten entwickelt. Diese Technik basiert auf HF-Wechselfeldern und benutzt den sogenannten BS-Shift um einen B1-feldabhängigen Frequenzshift zu induzieren. Zwei Rekonstruktionstechniken wurden entwickelt, um die Rekonstruktion von entzerrten Bildern zu ermöglichen. Dies war notwendig, da die Kodierung mittels BS-Shift von B1² abhängt. Infolgedessen wird bei der Verwendung von konstanten HF-Gradienten eine vom Quadrat des Ortes abhängige Phasenkodierung induziert. Als Alternative zu diesem Verfahren wurde ein Gradient entwickelt, der einen wurzelförmigen Feldverlauf hat und somit die lineare Kodierung ohne angepasste Rekonstruktionstechniken ermöglicht.
Background
Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common primary brain tumor in adults. Tumor-associated macrophages (TAM) have been shown to promote malignant growth and to correlate with poor prognosis. [1,4,7,10-tetraazacyclododecane-NN′,N″,N′″-tetraacetic acid]-d-Phe1,Tyr3-octreotate (DOTATATE) labeled with Gallium-68 selectively binds to somatostatin receptor 2A (SSTR2A) which is specifically expressed and up-regulated in activated macrophages. On the other hand, the role of SSTR2A expression on the cell surface of glioma cells has not been fully elucidated yet. The aim of this study was to non-invasively assess SSTR2A expression of both glioma cells as well as macrophages in GBM.
Methods
15 samples of patient-derived GBM were stained immunohistochemically for macrophage infiltration (CD68), proliferative activity (Ki67) as well as expression of SSTR2A. Anti-CD45 staining was performed to distinguish between resident microglia and tumor-infiltrating macrophages. In a subcohort, positron emission tomography (PET) imaging using \(^{68}Ga-DOTATATE\) was performed and the semiquantitatively evaluated tracer uptake was compared to the results of immunohistochemistry.
Results
The amount of microglia/macrophages ranged from <10% to >50% in the tumor samples with the vast majority being resident microglial cells. A strong SSTR2A immunostaining was observed in endothelial cells of proliferating vessels, in neurons and neuropile. Only faint immunostaining was identified on isolated microglial and tumor cells. Somatostatin receptor imaging revealed areas of increased tracer accumulation in every patient. However, retention of the tracer did not correlate with immunohistochemical staining patterns.
Conclusion
SSTR2A seems not to be overexpressed in GBM samples tested, neither on the cell surface of resident microglia or infiltrating macrophages, nor on the surface of tumor cells. These data suggest that somatostatin receptor directed imaging and treatment strategies are less promising in GBM.
The chloroform extract of Valeriana wallichii (V. wallichii) rhizomes was investigated to elucidate the structures responsible for reported antileishmanial activity. Besides bornyl caffeate (1, already been reported by us previously), bioassay-guided fractionation resulted in two additional cinnamic acid derivatives 2–3 with moderate leishmanicidal activity. The structure of a novel nepetolactone derivative 4 having a cinnamic acid moiety was elucidated by means of spectral analysis. To the best of our knowledge villoside aglycone (5) was isolated from this plant for the first time. The bioassay-guided fractionation yielded two new (compounds 6–7) and two known valtrates (compounds 8–9) with leishmanicidal potential against Leishmania major (L. major) promastigotes. In addition, β-bisabolol (10), α-kessyl alcohol (11), valeranone (12), bornyl isovalerate (13) and linarin-2-O-methylbutyrate (14) were identified. This is the first report on the isolation of 4'-demethylpodophyllotoxin (15), podophyllotoxin (16) and pinoresinol (17) in V. wallichii. In total thirteen known and four new compounds were identified from the extract and their cytotoxic and antileishmanial properties were evaluated.
Questionnaire data from two projects on the development of quality assurance instruments for an inpatient rehabilitation/prevention program for parents were used for a secondary analysis. In this analysis, the associations of gains in a psychosocial resource (parenting self-efficacy) and two types of stressors experienced by mothers at the start of treatment (parenting hassles, depressive symptoms) with general life satisfaction and satisfaction with health at the end of treatment were explored. Structural equation modeling was applied to data from N = 1724 female patients. Potential resource-stressor interactions were tested using the Latent Moderated Structural Equations approach. Results showed that parenting hassles were negatively associated with general life satisfaction and satisfaction with health while self-efficacy gains were weakly positively correlated with both variables. No interaction of parenting hassles and self-efficacy gains was found. Depressive symptoms were negatively associated with both satisfaction measures. In these models, self-efficacy gains were not substantially correlated with life satisfaction, but showed a small association with satisfaction with health. There was no significant interaction of depressive symptoms and self-efficacy gains. The findings imply that interventions for distressed mothers—as exemplarily illustrated by this inpatient setting—should focus on identifying and reducing initial stressors as these may continue to impair mothers’ subjective health despite gains in parenting-related resources.
This thesis deals with the hp-finite element method (FEM) for linear quadratic optimal control problems. Here, a tracking type functional with control costs as regularization shall be minimized subject to an elliptic partial differential equation. In the presence of control constraints, the first order necessary conditions, which are typically used to find optimal solutions numerically, can be formulated as a semi-smooth projection formula. Consequently, optimal solutions may be non-smooth as well. The hp-discretization technique considers this fact and approximates rough functions on fine meshes while using higher order finite elements on domains where the solution is smooth.
The first main achievement of this thesis is the successful application of hp-FEM to two related problem classes: Neumann boundary and interface control problems. They are solved with an a-priori refinement strategy called boundary concentrated (bc) FEM and interface concentrated (ic) FEM, respectively. These strategies generate grids that are heavily refined towards the boundary or interface. We construct an elementwise interpolant that allows to prove algebraic decay of the approximation error for both techniques. Additionally, a detailed analysis of global and local regularity of solutions, which is critical for the speed of convergence, is included. Since the bc- and ic-FEM retain small polynomial degrees for elements touching the boundary and interface, respectively, we are able to deduce novel error estimates in the L2- and L∞-norm. The latter allows an a-priori strategy for updating the regularization parameter in the objective functional to solve bang-bang problems.
Furthermore, we apply the traditional idea of the hp-FEM, i.e., grading the mesh geometrically towards vertices of the domain, for solving optimal control problems (vc-FEM). In doing so, we obtain exponential convergence with respect to the number of unknowns. This is proved with a regularity result in countably normed spaces for the variables of the coupled optimality system.
The second main achievement of this thesis is the development of a fully adaptive hp-interior point method that can solve problems with distributed or Neumann control. The underlying barrier problem yields a non-linear optimality system, which poses a numerical challenge: the numerically stable evaluation of integrals over possibly singular functions in higher order elements. We successfully overcome this difficulty by monitoring the control variable at the integration points and enforcing feasibility in an additional smoothing step. In this work, we prove convergence of an interior point method with smoothing step and derive a-posteriori error estimators. The adaptive mesh refinement is based on the expansion of the solution in a Legendre series. The decay of the coefficients serves as an indicator for smoothness that guides between h- and p-refinement.
Detailed Analysis of the Human Mitochondrial Contact Site Complex Indicate a Hierarchy of Subunits
(2015)
Mitochondrial inner membrane folds into cristae, which significantly increase its surface and are important for mitochondrial function. The stability of cristae depends on the mitochondrial contact site (MICOS) complex. In human mitochondria, the inner membrane MICOS complex interacts with the outer membrane sorting and assembly machinery (SAM) complex, to form the mitochondrial intermembrane space bridging complex (MIB). We have created knockdown cell lines of most of the MICOS and MIB components and have used them to study the importance of the individual subunits for the cristae formation and complex stability. We show that the most important subunits of the MIB complex in human mitochondria are Mic60/Mitofilin, Mic19/CHCHD3 and an outer membrane component Sam50. We provide additional proof that ApoO indeed is a subunit of the MICOS and MIB complexes and propose the name Mic23 for this protein. According to our results, Mic25/CHCHD6, Mic27/ApoOL and Mic23/ApoO appear to be periphery subunits of the MICOS complex, because their depletion does not affect cristae morphology or stability of other components.
Background
The prognostic value of histone γ-H2AX and 53BP1 proteins to predict the radiotherapy (RT) outcome of patients with rectal carcinoma (RC) was evaluated in a prospective study. High expression of the constitutive histone γ-H2AX is indicative of defective DNA repair pathway and/or genomic instability, whereas 53BP1 (p53-binding protein 1) is a conserved checkpoint protein with properties of a DNA double-strand breaks sensor.
Methods
Using fluorescence microscopy, we assessed spontaneous and radiation-induced foci of γ-H2AX and 53BP1 in peripheral blood mononuclear cells derived from unselected RC patients (n = 53) undergoing neoadjuvant chemo- and RT. Cells from apparently healthy donors (n = 12) served as references.
Results
The γ-H2AX assay of in vitro irradiated lymphocytes revealed significantly higher degree of DNA damage in the group of unselected RC patients with respect to the background, initial (0.5 Gy, 30 min) and residual (0.5 Gy and 2 Gy, 24 h post-radiation) damage compared to the control group. Likewise, the numbers of 53BP1 foci analyzed in the samples from 46 RC patients were significantly higher than in controls except for the background DNA damage. However, both markers were not able to predict tumor stage, gastrointestinal toxicity or tumor regression after curative RT. Interestingly, the mean baseline and induced DNA damage was found to be lower in the group of RC patients with tumor stage IV (n = 7) as compared with the stage III (n = 35). The difference, however, did not reach statistical significance, apparently, because of the limited number of patients.
Conclusions
The study shows higher expression of γ-H2AX and 53BP1 foci in rectal cancer patients compared with healthy individuals. Yet the data in vitro were not predictive in regard to the radiotherapy outcome.
Background
The aim is to analyze characteristics and to study the potentials of non-coplanar intensity modulated radiation therapy (IMRT) techniques. The planning study applies to generalized organ at risk (OAR) – planning target volume (PTV) geometries.
Methods
The authors focus on OARs embedded in the PTV. The OAR shapes are spherically symmetric (A), cylindrical (B), and bended (C). Several IMRT techniques are used for the planning study: a) non-coplanar quasi-isotropic; b) two sets of equidistant coplanar beams, half of beams incident in a plane perpendicular to the principal plane; c) coplanar equidistant (reference); d) coplanar plus one orthogonal beam. The number of beam directions varies from 9 to 16. The orientation of the beam sets is systematically changed; dose distributions resulting from optimal fluence are explored. A selection of plans is optimized with direct machine parameter optimization (DMPO) allowing 120 and 64 segments. The overall plan quality, PTV coverage, and OAR sparing are evaluated.
Results
For all fluence based techniques in cases A and C, plan quality increased considerably if more irradiation directions were used. For the cylindrically symmetric case B, however, only a weak beam number dependence was observed for the best beam set orientation, for which non-coplanar directions could be found where OAR- and PTV-projections did not overlap. IMRT plans using quasi-isotropical distributed non-coplanar beams showed stable results for all topologies A, B, C, as long as 16 beams were chosen; also the most unfavorable beam arrangement created results of similar quality as the optimally oriented coplanar configuration. For smaller number of beams or application in the trunk, a coplanar technique with additional orthogonal beam could be recommended. Techniques using 120 segments created by DMPO could qualitatively reproduce the fluence based results. However, for a reduced number of segments the beam number dependence declined or even reversed for the used planning system and the plan quality degraded substantially.
Conclusions
Topologies with targets encompassing sensitive OAR require sufficient number of beams of 15 or more. For the subgroup of topologies where beam incidences are possible which cover the whole PTV without direct OAR irradiation, the quality dependence on the number of beams is much less pronounced above 9 beams. However, these special non-coplanar beam directions have to be found. On the basis of this work the non-coplanar IMRT techniques can be chosen for further clinical planning studies.
Background
Previous influenza surveillance at paediatric intensive care units (PICUs) in Germany indicated increased incidence of PICU admissions for the pandemic influenza subtype A(H1N1)pdm09. We investigated incidence and clinical characteristics of influenza in children admitted to PICUs during the first three post-pandemic influenza seasons, using active screening.
Methods
We conducted a prospective surveillance study in 24 PICUs in Bavaria (Germany) from October 2010 to September 2013. Influenza cases among children between 1 month and 16 years of age admitted to these PICUs with acute respiratory infection were confirmed by PCR analysis of respiratory secretions.
Results
A total of 24/7/20 influenza-associated PICU admissions were recorded in the post-pandemic seasons 1/2/3; incidence estimates per 100,000 children were 1.72/0.76/1.80, respectively. Of all 51 patients, 80 % had influenza A, including 65 % with A(H1N1)pdm09. Influenza A(H1N1)pdm09 was almost absent in season 2 (incidence 0.11), but dominated PICU admissions in seasons 1 (incidence 1.35) and 3 (incidence 1.17). Clinical data was available for 47 influenza patients; median age was 4.8 years (IQR 1.6–11.0). The most frequent diagnoses were influenza-associated pneumonia (62 %), bronchitis/bronchiolitis (32 %), secondary bacterial pneumonia (26 %), and ARDS (21 %). Thirty-six patients (77 %) had underlying medical conditions. Median duration of PICU stay was 3 days (IQR 1–11). Forty-seven per cent of patients received mechanical ventilation, and one patient (2 %) extracorporeal membrane oxygenation; 19 % were treated with oseltamivir. Five children (11 %) had pulmonary sequelae. Five children (11 %) died; all had underlying chronic conditions and were infected with A(H1N1)pdm09. In season 3, patients with A(H1N1)pdm09 were younger than in season 1 (p = 0.020), were diagnosed more often with bronchitis/bronchiolitis (p = 0.004), and were admitted to a PICU later after the onset of influenza symptoms (p = 0.041).
Conclusions
Active screening showed a continued high incidence of A(H1N1)pdm09-associated PICU admissions in the post-pandemic seasons 1 and 3, and indicated possible underestimation of incidence in previous German studies. The age shift of severe A(H1N1)pdm09 towards younger children may be explained by increasing immunity in the older paediatric population. The high proportion of patients with underlying chronic conditions indicates the importance of consistent implementation of the current influenza vaccination recommendations for risk groups in Germany.
Background
Defence mechanisms of organisms are shaped by their lifestyle, environment and pathogen pressure. Carpenter ants are social insects which live in huge colonies comprising genetically closely related individuals in high densities within nests. This lifestyle potentially facilitates the rapid spread of pathogens between individuals. In concert with their innate immune system, social insects may apply external immune defences to manipulate the microbial community among individuals and within nests. Additionally, carpenter ants carry a mutualistic intracellular and obligate endosymbiotic bacterium, possibly maintained and regulated by the innate immune system. Thus, different selective forces could shape internal immune defences of Camponotus floridanus.
Results
The immune gene repertoire of C. floridanus was investigated by re-evaluating its genome sequence combined with a full transcriptome analysis of immune challenged and control animals using Illumina sequencing. The genome was re-annotated by mapping transcriptome reads and masking repeats. A total of 978 protein sequences were characterised further by annotating functional domains, leading to a change in their original annotation regarding function and domain composition in about 8 % of all proteins. Based on homology analysis with key components of major immune pathways of insects, the C. floridanus immune-related genes were compared to those of Drosophila melanogaster, Apis mellifera, and other hymenoptera. This analysis revealed that overall the immune system of carpenter ants comprises many components found in these insects. In addition, several C. floridanus specific genes of yet unknown functions but which are strongly induced after immune challenge were discovered. In contrast to solitary insects like Drosophila or the hymenopteran Nasonia vitripennis, the number of genes encoding pattern recognition receptors specific for bacterial peptidoglycan (PGN) and a variety of known antimicrobial peptide (AMP) genes is lower in C. floridanus. The comparative analysis of gene expression post immune-challenge in different developmental stages of C. floridanus suggests a stronger induction of immune gene expression in larvae in comparison to adults.
Conclusions
The comparison of the immune system of C. floridanus with that of other insects revealed the presence of a broad immune repertoire. However, the relatively low number of PGN recognition proteins and AMPs, the identification of Camponotus specific putative immune genes, and stage specific differences in immune gene regulation reflects Camponotus specific evolution including adaptations to its lifestyle.
Multiple Antenatal Dexamethasone Treatment Alters Brain Vessel Differentiation in Newborn Mouse Pups
(2015)
Antenatal steroid treatment decreases morbidity and mortality in premature infants through the maturation of lung tissue, which enables sufficient breathing performance. However, clinical and animal studies have shown that repeated doses of glucocorticoids such as dexamethasone and betamethasone lead to long-term adverse effects on brain development. Therefore, we established a mouse model for antenatal dexamethasone treatment to investigate the effects of dexamethasone on brain vessel differentiation towards the blood-brain barrier (BBB) phenotype, focusing on molecular marker analysis. The major findings were that in total brains on postnatal day (PN) 4 triple antenatal dexamethasone treatment significantly downregulated the tight junction protein claudin-5, the endothelial marker Pecam-1/CD31, the glucocorticoid receptor, the NR1 subunit of the N-methyl-D-aspartate receptor, and Abc transporters (Abcb1a, Abcg2 Abcc4). Less pronounced effects were found after single antenatal dexamethasone treatment and in PN10 samples. Comparisons of total brain samples with isolated brain endothelial cells together with the stainings for Pecam-1/CD31 and claudin-5 led to the assumption that the morphology of brain vessels is affected by antenatal dexamethasone treatment at PN4. On the mRNA level markers for angiogenesis, the sonic hedgehog and the Wnt pathway were downregulated in PN4 samples, suggesting fundamental changes in brain vascularization and/or differentiation. In conclusion, we provided a first comprehensive molecular basis for the adverse effects of multiple antenatal dexamethasone treatment on brain vessel differentiation.
Blood tests are necessary, easy-to-perform and low-cost alternatives for monitoring of oncolytic virotherapy and other biological therapies in translational research. Here we assessed three candidate proteins with the potential to be used as biomarkers in biological fluids: two glucuronidases from E. coli (GusA) and Staphylococcus sp. RLH1 (GusPlus), and the luciferase from Gaussia princeps (GLuc). The three genes encoding these proteins were inserted individually into vaccinia virus GLV-1h68 genome under the control of an identical promoter. The three resulting recombinant viruses were used to infect tumor cells in cultures and human tumor xenografts in nude mice. In contrast to the actively secreted GLuc, the cytoplasmic glucuronidases GusA and GusPlus were released into the supernatants only as a result of virus-mediated oncolysis. GusPlus resulted in the most sensitive detection of enzyme activity under controlled assay conditions in samples containing as little as 1 pg/ml of GusPlus, followed by GusA (25 pg/ml) and GLuc (≥375 pg/ml). Unexpectedly, even though GusA had a lower specific activity compared to GusPlus, the substrate conversion in the serum of tumor-bearing mice injected with the GusA-encoding virus strains was substantially higher than that of GusPlus. This was attributed to a 3.2 fold and 16.2 fold longer half-life of GusA in the blood stream compared to GusPlus and GLuc respectively, thus a more sensitive monitor of virus replication than the other two enzymes. Due to the good correlation between enzymatic activity of expressed marker gene and virus titer, we conclude that the amount of the biomarker protein in the body fluid semiquantitatively represents the amount of virus in the infected tumors which was confirmed by low light imaging. We found GusA to be the most reliable biomarker for monitoring oncolytic virotherapy among the three tested markers.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Dihydroborane (H2BR) sowie Dihalogenborane (X2BR) mit Übergangsmetall-Lewis-Basen umgesetzt und die Reaktivität der auf diese Weise erhaltenen Übergangsmetall–Bor-Komplexe eingehend untersucht. So wurde eine Serie neuer Borylkomplexe des Typs trans-[Pt{B(Br)R‘}Br(PR3)2] dargestellt und mit Salzen schwach-koordinierender Anionen umgesetzt. Diese Studien sollten die Triebkraft für die Bildung kationischer Borylenkomplexe näher beleuchten. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass eine Substitution in ortho-Position des borgebundenen Arylliganden für den notwendigen [1,2]-Halogenshift vom Bor- zum Platinzentrum und somit zur Realisierung einer Pt=B-Mehrfachbindung unabdingbar ist. Demnach reagieren Komplexe mit para-substituierten Arylliganden bei Halogenidabstraktion aus Borylkomplexen zu T-förmigen, kationischen Borylplatinkomplexen, während die Duryl-substituierten Analoga unter [1,2]-Halogenwanderung in kationische Borylenplatinkomplexe überführt werden. Neben dem Substitutionsmuster des borgebundenen Arylliganden wurde auch der Einfluss des Phosphanliganden untersucht.
Die Molekülstrukturen der Borylkomplexe 2 und 4 im Festkörper zeigen grundlegende Unterschiede im strukturellen Aufbau. Der Durylsubstituent ist in 2 im Vergleich zur (Ph-4-tBu)-Einheit in 4 deutlich aus der {Br2–Pt–B–Br1}-Ebene herausgedreht (2: Pt–B–C1–C2: 31.4(1); 4: 4.3(7)°), was vermutlich einen [1,2]-Halogenshift in 2 begünstigt. Die Pt–B-Bindungen der kationischen Borylenkomplexe 6 (1.861(5) Å) und 7 (1.863(5) Å) sind deutlich kürzer als im neutralen Borylkomplex 2 (2.004(4) Å), was ein eindeutiger Beleg für den Mehrfachbindungscharakter der Pt–B-Bindungen in 6 und 7 ist. Demzufolge scheint der sterische Anspruch des borgebundene Arylsubstituenten entscheidend für den Reaktionspfad bei Halogenidabstraktionen und somit für die Bildung kationischer Borylenplatinkomplexe zu sein, während diesen Studien zu Folge der Einfluss der Ligandensphäre am Platinzentrum eher eine untergeordnete Rolle spielt.
Des Weiteren gelang die Synthese der neuartigen heteroleptischen Platinkomplexe [Pt(cAACMe)(PiPr3)] (13) und [Pt(cAACMe)(PCy3)] (14) durch Umsetzung von [Pt(PCy3)2] und [Pt(PiPr3)2] mit dem cyclischen (Alkyl)(Amino)Carben cAACMe (Schema 34, A), bzw. durch Umsetzung von [Pt(nbe)2(PCy3)] (Schema 34, B) mit cAACMe. Die Darstellung des literaturbekannten homoleptischen Komplexes [Pt(cAACMe)2] (11) konnte durch Reaktion von [Pt(nbe)3] mit cAACMe deutlich vereinfacht werden bei gleichzeitiger Steigerung der Ausbeute (96%, Literatur: 79%). Die ungewöhnlich intensiv orangene Farbe dieser Verbindungsklasse geht laut DFT-Rechnungen auf die elektronische Anregung aus dem HOMO in das LUMO zurück, wobei hauptsächlich die π-Wechselwirkungen zwischen den Platin- und Carbenkohlenstoffatomen des cAACMe-Liganden beteiligt sind (DFT-Rechnungen von Dr. Mehmet Ali Celik). Auch in ihren strukturellen Eigenschaften sind sich 11 - 14 sehr ähnlich, wohingegen deutliche Unterschiede in deren Elektrochemie und Reaktivität beobachtet wurden. So konnte für 11 eine quasi-reversible Oxidationswelle (E1/2 = –0.30 V gegen [Cp2Fe]/[Cp2Fe]+ in THF) bestimmt werden, während die heteroleptischen Komplexe 13 und 14 (Epa = –0.09 V; –0.11 V) sowie deren Vorläufer [Pt(PCy3)2] und [Pt(PiPr3)2] (Epa = 0.00 V; +0.12 V) irreversible Oxidationswellen zeigen. Demnach kann 13 und 14 im Vergleich zu [Pt(PCy3)2] und [Pt(PiPr3)2] ein größeres Reduktionsvermögen zugeordnet werden. Reaktivitätsstudien zeigen, dass der homoleptische Komplex 11 inert gegenüber vielen Substraten wie z.B. Boranen, Diboranen(4) und Lewis-Säuren ist. Im Gegensatz dazu haben sich die heteroleptischen Komplexe 13 und 14 als deutlich reaktiver erwiesen, womit diese eine Mittelstellung zwischen 11 und der Spezies [Pt(PR3)2] einnimmt.
Die Umsetzung von [Pt(cAACMe)(PiPr3)] (13) mit BBr3 und Br2BPh lieferte die Borylkomplexe 18 und 19, welche vollständig charakterisiert wurden. Die Reaktivität von 13 und 14 gegenüber den Lewis-Säuren GaCl3 und HgCl2 zeigt ebenfalls Analogien zu der von Bis(phosphan)platinkomplexen. Reaktion mit GaCl3 führte hierbei zur Bildung der MOLP-Komplexe [(cAACMe)(PiPr3)Pt→GaCl3] (21) und [(cAACMe)(PCy3)Pt→GaCl3] (22), während die oxidative Addition der Hg–Cl-Bindung an das Platinzentrum von 14 im Komplex [PtCl(HgCl)(cAACMe)(PiPr3)] (23) resultierte. Die Synthese von 23 gelang auch durch Umsetzung mit Kalomel unter Abscheidung eines Äquivalentes elementaren Quecksilbers.
Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der Übergangsmetall-vermittelten Dehydrokupplung von Dihydroboranen. Die Umsetzung von [Pt(cAACMe)(PiPr3)] (13) mit BBr3 und Br2BPh lieferte die Borylkomplexe 18 und 19, welche vollständig charakterisiert wurden. Die Reaktivität von 13 und 14 gegenüber den Lewis-Säuren GaCl3 und HgCl2 zeigt ebenfalls Analogien zu der von Bis(phosphan)platinkomplexen. Reaktion mit GaCl3 führte hierbei zur Bildung der MOLP-Komplexe [(cAACMe)(PiPr3)Pt→GaCl3] (21) und [(cAACMe)(PCy3)Pt→GaCl3] (22), während die oxidative Addition der Hg–Cl-Bindung an das Platinzentrum von 14 im Komplex [PtCl(HgCl)(cAACMe)(PiPr3)] (23) resultierte. Die Synthese von 23 gelang auch durch Umsetzung mit Kalomel unter Abscheidung eines Äquivalentes elementaren Quecksilbers.
Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der Übergangsmetall-vermittelten Dehydrokupplung von Dihydroboranen. Vor Beginn dieser Reaktivitätsstudien wurde zunächst eine vereinfachte Syntheseroute für Dihydroborane entwickelt. Durch Umsetzung von Cl2BDur mit HSiEt3 konnte auf diese Weise der Syntheseaufwand deutlich verringert und die Ausbeute an H2BDur von 74% auf 98% deutlich gesteigert werden. Zur Dehydrokupplung wurden neben Gold-, Rhodium- und Iridiumkomplexen auch Platinkomplexe mit H2BDur umgesetzt. Die Untersuchungen mit Gold- und Rhodiumverbindungen erwiesen sich hierbei als erfolglos und die Umsetzung der Iridiumpincerkomplexe [(PCP)IrH2] 26 und 27 (tBuPCP, AdPCP) mit H2BDur lieferte die Boratkomplexe 28 und 29 mit κ2-koordinierten {H2BHDur}-Liganden. Analog konnte bei Umsetzung von 26 mit H2BThx der Boratkomplex 30 spektroskopisch beobachtet, jedoch nicht isoliert werden. Bei den Komplexen 28 - 30 handelt es sich um die ersten κ2-σ:σ-Dihydroboratkomplexe mit sterisch anspruchsvollen Arylsubstituenten. Neben den Iridiumpincerkomplexen wurde auch der Komplex [Cp*IrCl2]2 mit H2BDur umgesetzt. Die Bildung des Boratkomplexes 34 ist mit einem [1,2]-Shift eines Chloratoms von Iridium auf das Borzentrum verbunden.
Die Reaktivität von H2BDur gegenüber [Pt(PCy3)2] zeigte eine starke Abhängigkeit hängt von der Stöchiometrie. Bei der 1:1-Umsetzung konnten sowohl die farblosen Verbindungen trans-[(PCy3)2PtH2] und Cy3P→BH2Dur (48) isoliert werden, als auch die beiden dunkelroten Verbindungen [(Cy3P)3Pt3(2-B2Dur2)] (36) und [{(PCy3)Pt}4(2-BDur)2(4-BDur)] (37), kristallographisch untersucht werden.
Der B–B-Abstand im π-Diborenkomplex 36 (1.614(6) Å) deutet eindeutig auf die Gegenwart einer B=B-Doppelbindung hin, wobei das Diboren side-on gebunden an zwei der drei Platinatome des Pt3-Gerüsts koordiniert ist. Die Zusammensetzung von 36 und 37 konnte auch durch Elementaranalysen bestätigt werden.
Die Bildung von 36 und 37 deuten auch darauf hin, dass bei dieser Art der Dehydrokupplung multimetallische Wechselwirkungen eine wichtige Rolle für die Stabilisierung der borzentrierten Liganden spielen. So konnten bei der Reaktion von [Pt(PCy3)2] mit zwei Äquivalenten H2BDur neben Cy3P→BH2Dur (48) auch zwei weitere zweikernige Platinverbindungen isoliert und vollständig charakterisiert werden. Erhitzen der Reaktionslösung auf 68°C für 170 Minuten führte hierbei zur Bildung von [{(Cy3P)Pt}2(μ-BDur)(ƞ2:(μ-B)-HB(H)Dur)] (38) mit zwei verbrückenden borzentrierten Liganden, einem Borylen- (BDur) und einem Boranliganden (BH2Dur), welche im 11B{1H}-NMR Spektrum bei δ = 101.3 und δ = 32.8 ppm detektiert wurden. Die Röntgenstrukturanalyse von 38 lässt einen signifikanten σ-BH-Hinbindungsanteil des Boranliganden zu einem der Platinzentren vermuten, was einen anteiligen Pt2→B-Bindungscharakter andeutet. Dieser Befund konnte auch durch DFT-Rechnungen von Dr. William Ewing bestätigt werden.
Die Studien haben auch gezeigt, dass die Bildung von 38 über eine Zwischenstufe verläuft, den hypercloso-Cluster [{(Cy3P)HPt}2(μ-H){μ:ƞ2-B2Dur2(μ-H)}] (39) mit einer tetraedrischen {Pt2B2}-Einheit, zwei terminalen Pt–H-Bindungen sowie je einen die Pt–Pt- bzw. B–B-Bindung verbrückenden Hydridliganden. 39 erwies sich als anfällig gegenüber H2-Eliminierung und lagert bei Raumtemperatur innerhalb von Tagen, bzw. bei 68°C innerhalb einer Stunde unter B–B-Bindungsbruch quantitativ in 38 um, welche selbst keinen direkten Bor–Bor-Kontakt mehr aufweist.
Auf Grundlage der beschriebenen Resultate wurde zudem ein einfacher Zugang zu zweikernigen Platinkomplexen entwickelt. Demnach gelang es, den literaturbekannten zweikernigen Komplex [Pt2(μ:ƞ2-dppm)3] (50) (dppm = Ph2PCH2PPh2) durch Umsetzung von [Pt(nbe)3] mit dppm in guten Ausbeuten zu synthetisieren. Des Weiteren wurde die Reaktivität von 50 gegenüber verschiedenen Lewis-Säuren untersucht. Ein Großteil dieser Umsetzungen war mit der Bildung von schwer löslichen Feststoffen verbunden, weshalb lediglich bei der Reaktion mit Br2BPh und Br2BMes geringe Mengen an definiertem Produkt isoliert und durch Röntgenstrukturanalyse charakterisiert werden konnten. Demnach führte die Umsetzung von 50 mit Br2BPh oder Br2BMes zur oxidativen Addition beider B–Br-Bindungen an je eines der Platinzentren und der Bildung der verbrückenden Borylenplatinkomplexe 51 und 52. NMR-spektroskopische Studien deuteten eine analoge Reaktivität von Br2BDur und Br2BFc an, wobei die Komplexe 53 und 54 noch nicht vollständig charakterisiert werden konnten.
Virulent Agrobacterium tumefaciens strains integrate their T-DNA into the plant genome where the encoded agrobacterial oncogenes are expressed and cause crown gall disease. Essential for crown gall development are IaaH (indole-3-acetamide hydrolase), IaaM (tryptophan monooxygenase) and Ipt (isopentenyl transferase), which encode enzymes for the biosynthesis of auxin (IaaH, IaaM) and cytokinin (Ipt). Although these oncogenes are well studied as the tumor-inducing principle, nothing is known about the regulation of oncogene expression in plant cells. Our studies show that the intergenic regions (IGRs) between the coding sequences (CDS) of the three oncogenes function as promoters in plant cells. These promoters possess a eukaryotic sequence organization and cis-regulatory elements for the binding of plant transcription factors. WRKY18, WRKY40, WRKY60 and ARF5 were identified as activators of the Ipt promoter whereas IaaH and IaaM is constitutively expressed and no transcription factor further activates their promoters. Consistent with these results, the wrky triple mutant plants in particular, develops smaller crown galls than wild-type and exhibits a reduced Ipt transcription, despite the presence of an intact ARF5 gene. WRKY40 and WRKY60 gene expression is induced by A. tumefaciens within a few hours whereas the ARF5 gene is transcribed later during crown gall development. The WRKY proteins interact with ARF5 in the plant nucleus, but only WRKY40 together with ARF5 synergistically boosts the activation of the Ipt promoter in an auxin-dependent manner. From our data, we propose that A. tumefaciens initially induces WRKY40 gene expression as a pathogen defense response of the host cell. The WRKY protein is recruited to induce Ipt expression, which initiates cytokinin-dependent host cell division. With increasing auxin levels triggered by ubiquitous expression of IaaH and IaaM, ARF5 is activated and interacts with WRKY40 to potentiate Ipt expression and balance cytokinin and auxin levels for further cell proliferation.
Background
Fibromyalgia syndrome (FMS) is a chronic condition characterized by widespread pain and associated symptoms. We investigated cerebral activation in FMS patients by functional near-infrared spectroscopy (fNIRS).
Methods
Two stimulation paradigms were applied: a) painful pressure stimulation at the dorsal forearm; b) verbal fluency test (VFT). We prospectively recruited 25 FMS patients, ten patients with unipolar major depression (MD) without pain, and 35 healthy controls. All patients underwent neurological examination and all subjects were investigated with questionnaires (pain, depression, FMS, empathy).
Results
FMS patients had lower pressure pain thresholds than patients with MD and controls (p < 0.001) and reported higher pain intensity (p < 0.001). Upon unilateral pressure pain stimulation fNIRS recordings revealed increased bilateral cortical activation in FMS patients compared to controls (p < 0.05). FMS patients also displayed a stronger contralateral activity over the dorsolateral prefrontal cortex in direct comparison to patients with MD (p < 0.05). While all three groups performed equally well in the VFT, a frontal deficit in cortical activation was only found in patients with depression (p < 0.05). Performance and cortical activation correlated negatively in FMS patients (p < 0.05) and positively in patients with MD (p < 0.05).
Conclusion
Our data give further evidence for altered central nervous processing in patients with FMS and the distinction between FMS and MD.
Background
Chronic hyperglycemia (CHG) with HbA1c as an indicator affects postoperative mortality and morbidity after coronary artery bypass grafting surgery (CABG). Acute kidney injury (AKI) is one of the frequent postoperative complications after CABG impacting short-and long-term outcomes. We investigated the association between CHG and postoperative incidence of AKI in CABG patients with and without history of diabetes mellitus (DM).
Methods
This cohort study consecutively enrolled patients undergoing CABG in 2009 at the department for cardiovascular surgery. CHG was defined as HbA1c ≥ 6.0 %. Patients with advanced chronic kidney disease (CKD) were excluded. The incidence of postoperative AKI and its association with CHG was analyzed by univariate and multivariate logistic regression modeling.
Results
Three-hundred-seven patients were analyzed. The incidence of AKI was 48.2 %. Patients with CHG (n = 165) were more likely to be female and had greater waist circumference as well as other comorbid conditions, such as smoking, history of DM, CKD, hypertension, pulmonary hypertension, and chronic obstructive pulmonary disease (all p ≤ 0.05). Preoperative eGFR, atrial fibrillation (AF), history of DM and CHG were associated with an increased risk of postoperative AKI in univariate analyses. In multivariate modelling, history of DM as well as preoperative eGFR and AF lost significance, while age, CHG and prolonged OP duration (p < 0.05) were independently associated with postoperative AKI.
Conclusions
Our results suggest that CHG defined on a single measurement of HbA1c ≥ 6.0 % was associated with the incidence of AKI after CABG. This finding might implicate that treatment decisions, including the selection of operative strategies, could be based on HbA1c measurement rather than on a recorded history of diabetes.
LINC complexes are evolutionarily conserved nuclear envelope bridges, physically connecting the nucleus to the peripheral cytoskeleton. They are pivotal for dynamic cellular and developmental processes, like nuclear migration, anchoring and positioning, meiotic chromosome movements and maintenance of cell polarity and nuclear shape. Active nuclear reshaping is a hallmark of mammalian sperm development and, by transducing cytoskeletal forces to the nuclear envelope, LINC complexes could be vital for sperm head formation as well. We here analyzed in detail the behavior and function of Sun4, a bona fide testis-specific LINC component. We demonstrate that Sun4 is solely expressed in spermatids and there localizes to the posterior nuclear envelope, likely interacting with Sun3/Nesprin1 LINC components. Our study revealed that Sun4 deficiency severely impacts the nucleocytoplasmic junction, leads to mislocalization of other LINC components and interferes with the formation of the microtubule manchette, which finally culminates in a globozoospermia-like phenotype. Together, our study provides direct evidence for a critical role of LINC complexes in mammalian sperm head formation and male fertility.
It has been demonstrated that verbal context information alters the neural processing of ambiguous faces such as faces with no apparent facial expression. In social anxiety, neutral faces may be implicitly threatening for socially anxious individuals due to their ambiguous nature, but even more so if these neutral faces are put in self-referential negative contexts. Therefore, we measured event-related brain potentials (ERPs) in response to neutral faces which were preceded by affective verbal information (negative, neutral, positive). Participants with low social anxiety (LSA; n = 23) and high social anxiety (HSA; n = 21) were asked to watch and rate valence and arousal of the respective faces while continuous EEG was recorded. ERP analysis revealed that HSA showed elevated P100 amplitudes in response to faces, but reduced structural encoding of faces as indexed by reduced N170 amplitudes. In general, affective context led to an enhanced early posterior negativity (EPN) for negative compared to neutral facial expressions. Moreover, HSA compared to LSA showed enhanced late positive potentials (LPP) to negatively contextualized faces, whereas in LSA this effect was found for faces in positive contexts. Also, HSA rated faces in negative contexts as more negative compared to LSA. These results point at enhanced vigilance for neutral faces regardless of context in HSA, while structural encoding seems to be diminished (avoidance). Interestingly, later components of sustained processing (LPP) indicate that LSA show enhanced visuocortical processing for faces in positive contexts (happy bias), whereas this seems to be the case for negatively contextualized faces in HSA (threat bias). Finally, our results add further new evidence that top-down information in interaction with individual anxiety levels can influence early-stage aspects of visual perception.
Marine sponge–associated actinomycetes are considered as promising sources for the discovery of novel biologically active compounds. In the present study, a total of 64 actinomycetes were isolated from 12 different marine sponge species that had been collected offshore the islands of Milos and Crete, Greece, eastern Mediterranean. The isolates were affiliated to 23 genera representing 8 different suborders based on nearly full length 16S rRNA gene sequencing. Four putatively novel species belonging to genera Geodermatophilus, Microlunatus, Rhodococcus and Actinomycetospora were identified based on a 16S rRNA gene sequence similarity of < 98.5% to currently described strains. Eight actinomycete isolates showed bioactivities against Trypanosma brucei brucei TC221 with half maximal inhibitory concentration (IC50) values <20 μg/mL. Thirty four isolates from the Milos collection and 12 isolates from the Crete collection were subjected to metabolomic analysis using high resolution LC-MS and NMR for dereplication purposes. Two isolates belonging to the genera Streptomyces (SBT348) and Micromonospora (SBT687) were prioritized based on their distinct chemistry profiles as well as their anti-trypanosomal activities. These findings demonstrated the feasibility and efficacy of utilizing metabolomics tools to prioritize chemically unique strains from microorganism collections and further highlight sponges as rich source for novel and bioactive actinomycetes.
Mining Genomes of Three Marine Sponge-Associated Actinobacterial Isolates for Secondary Metabolism
(2015)
Here, we report the draft genome sequences of three actinobacterial isolates, Micromonospora sp. RV43, Rubrobacter sp. RV113, and Nocardiopsis sp. RV163 that had previously been isolated from Mediterranean sponges. The draft genomes were analyzed for the presence of gene clusters indicative of secondary metabolism using antiSMASH 3.0 and NapDos pipelines. Our findings demonstrated the chemical richness of sponge-associated actinomycetes and the efficacy of genome mining in exploring the genomic potential of sponge-derived actinomycetes.
CD1d molecules are MHC class I-like molecules that present glycolipids to iNKT cells. The highly conserved interaction between CD1d:α-Galactosylceramide (αGC) complexes and the iNKT TCR not only defines this population of αβ T cells but can also be used for its direct identification. Therefore, CD1d oligomers are a widely used tool for iNKT cell related investigations. To this end, the lipid chains of the antigen have to be inserted into the hydrophobic pockets of the CD1d binding cleft, often with help of surfactants. In this study, we investigated the influence of different surfactants (Triton X-100, Tween 20, Tyloxapol) on in vitro loading of CD1d molecules derived from four different species (human, mouse, rat and cotton rat) with αGC and derivatives carrying modifications of the acyl-chain (DB01-1, PBS44) and a 6-acetamido-6-deoxy-addition at the galactosyl head group (PBS57). We also compared rat CD1d dimers with tetramers and staining of an iNKT TCR transductant was used as readout for loading efficacy. The results underlined the importance of CD1d loading efficacy for proper analysis of iNKT TCR binding and demonstrated the necessity to adjust loading conditions for each oligomer/glycolipid combination. The efficient usage of surfactants as a tool for CD1d loading was revealed to be species-specific and depending on the origin of the CD1d producing cells. Additional variation of surfactant-dependent loading efficacy between tested glycolipids was influenced by the acyl-chain length and the modification of the galactosyl head group with PBS57 showing the least dependence on surfactants and the lowest degree of species-dependent differences.
To investigate the usefulness of pain-related evoked potentials (PREP) elicited by electrical stimulation for the identification of small fiber involvement in patients with mixed fiber neuropathy (MFN). Eleven MFN patients with clinical signs of large fiber impairment and neuropathic pain and ten healthy controls underwent clinical and electrophysiological evaluation. Small fiber function, electrical conductivity and morphology were examined by quantitative sensory testing (QST), PREP, and skin punch biopsy. MFN was diagnosed following clinical and electrophysiological examination (chronic inflammatory demyelinating neuropathy: n = 6; vasculitic neuropathy: n = 3; chronic axonal neuropathy: n = 2). The majority of patients with MFN characterized their pain by descriptors that mainly represent C-fiber-mediated pain. In QST, patients displayed elevated cold, warm, mechanical, and vibration detection thresholds and cold pain thresholds indicative of MFN. PREP amplitudes in patients correlated with cold (p < 0.05) and warm detection thresholds (p < 0.05). Burning pain and the presence of par-/dysesthesias correlated negatively with PREP amplitudes (p < 0.05). PREP amplitudes correlating with cold and warm detection thresholds, burning pain, and par-/dysesthesias support employing PREP amplitudes as an additional tool in conjunction with QST for detecting small fiber impairment in patients with MFN.
Seit Anfang des 20. Jahrhunderts ist die Krankheit Krebs die zweithäufigste Todesursache.
Die immer besser werdende Diagnostik zur Früherkennung von Krebserkrankungen bringt
zudem mit sich, dass eine steigende Anzahl an Krankheitsfällen bekannt wird; gleichzeitig hat
eine sichere Erkennung im Frühstadium einen hohen Stellenwert, da nur so frühzeitig
therapeutische Maßnahmen ergriffen werden können. Obwohl zur kurativen oder zur
palliativen Behandlung schon lange viele ausgereifte Therapiemethoden und -konzepte
erfolgreich angewendet werden, sind bis heute viele Krebserkrankungen noch immer
unheilbar und es gibt bislang in vielen Fällen noch keine potenten Arzneistoffe für eine
wirkungsvolle Therapie. Die Suche nach neuen Wirkstoffen ist daher ein Schwerpunkt
aktueller Forschung. Auch unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit dieser Thematik und hat
in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Würzburg ein neuartiges Pro-Prodrug-
Konzept für antitumorale Wirkstoffe entwickelt.
Daher war es ein Ziel der vorliegenden Arbeit, aufbauend auf medizinischen und
biochemischen Vorarbeiten, eine Leitstruktur für antitumorale Wirkstoffe zu erarbeiten, die auf
dem hier vorgestellten Pro-Prodrug-Konzept basiert, und eine entsprechende Syntheseroute zur
Gewinnung erster Fluoreszenz-markierter Pro-Prodrug-Modellverbindungen zu etablieren.
Eine andere interessante Substanzklasse, die nicht nur aufgrund ihrer Wirkeigenschaften
als Photosensibilisatoren in der photodynamischen Therapie bereits Gegenstand intensiver
Forschung ist, sondern auch in weiteren Bereichen der angewandten Chemie, wie
beispielsweise in der metallorganischen Katalyse oder in den Materialwissenschaften
Anwendung findet, sind die Porphyrine. Neben den achiralen Vertretern finden die chiralen
Porphyrinoide Anwendung in der chiralen Erkennung oder in der asymmetrischen
Synthese.
Auf dem Gebiet der Porphyrine war das Ziel der vorliegenden Arbeit die gezielte Synthese
N,C- und C,C-verknüpfter dimerer und trimerer Porphyrine, einhergehend mit intensiven
Untersuchungen der Reaktivität der verwendeten Bausteine, des Reaktionsmechanismus und
der hohen Regioselektivität. Da einige der synthetisierten Substanzen Axial- oder
Helikalchiralität aufweisen, wurden diese durch HPLC-CD eingehend auf ihre chiroptischen
Eigenschaften untersucht.
Immunity, Inflammation and Cancer: The role of Foxp3, TLR7 and TLR8 in gastrointestinal cancer
(2015)
Regulatory T cells (Treg) expressing the transcription factor forkhead box protein P3 (Foxp3) have been demonstrated to mediate evasion from anti-tumor immune responses during tumor progression. Moreover, Foxp3 expression by tumor cells themselves may allow them to counteract effector T cell responses, resulting in a survival benefit of the tumor. For gastrointestinal cancers, in particular pancreatic and colorectal cancer (CRC), the clinical relevance of Foxp3 is not clear to date. Therefore the aim of this study was to analyze its impact in CRC and pancreatic cancer. To determine the relevance of Foxp3 for tumor progression and patient survival, gene and protein analysis of human pancreatic and colon cancer cell lines as well as tumor tissues from patients with CRC was performed. The results derived from the patients with CRC were correlated with clinicopathological parameters and patients’ overall survival. Cancer cell mediated Foxp3 expression in vitro was demonstrated in human pancreatic cancer cell lines PANC1, PaCa DD 135, PaCa DD 159 and PaCa DD 185 as well as in human colon cancer cell lines SW480 and SW620. Additionally, Foxp3 expressing cancer cells were found in ex vivo tumor tissue samples of patients with CRC. The percentage of Foxp3+ cancer cells increased from stages UICC I/II to UICC III/IV compared to normal tissue. Moreover, high tumor cell mediated Foxp3 expression was associated with poor prognosis compared to patients with low Foxp3 expression. In contrast, low and high Foxp3 level in tumor infiltrating Treg cells demonstrated no significant differences in patients’ overall survival. Correlation analysis demonstrated a significant association of Foxp3 cancer cell expression with the expression of immunosuppressive cytokines IL-10 and TGF-β. These findings suggest that Immunosuppressive cytokines such as IL-10 and TGF-β released by rather Foxp3+ cancer cells than Foxp3+ Treg cells may inhibit the activation of naive T cells, hence limiting antitumor immune responses and favoring tumorigenesis and progression.
Chronic inflammation has been shown to be an important epigenetic and environmental factor in numerous tumor entities. Recent data suggest that tumorigenesis and tumor progression may be associated with inflammation-triggered activation of Toll-like receptors (TLR). In this study, the specific impact of both TLR7 and TLR8 expression and signaling on tumor cell proliferation and chemoresistance is analyzed in inflammation linked CRC and pancreatic cancer. By gene and protein expression analysis of human pancreatic and colon cancer cell lines TLR7 and TLR8 expression was determined in vitro. Additionally, expression of TLR7/TLR8 in UICC stage I-IV pancreatic cancer, chronic pancreatitis and normal pancreatic tissue was examined. For in vitro/in vivo studies TLR7/TLR8 overexpressing PANC1 cell lines were generated and analyzed for effects of TLR expression and stimulation on tumor cell proliferation and chemoresistance. Cancer cell mediated TLR7 and TLR8 expression in vitro was demonstrated in human colon cancer cell lines SW480, SW620 and HT-29 as well as in primary pancreatic cancer cell lines PaCa DD 135, PaCa DD 159 and PaCa DD 185. Additionally, TLR7 and TLR8 expressing tumor cells were found in ex vivo tissue samples of patients with pancreatic cancer and chronic pancreatitis. Significantly elevated expression levels of TLR7 and TLR8 were found in advanced tumor stages (UICC III) compared to early tumor stages (UICC II) and chronic pancreatitis. No or occasionally low expression was detected in normal pancreatic tissue. In contrast to the tissues from patients with pancreatic cancer or chronic pancreatitis, established pancreatic tumor cell lines express only very low levels of TLR7 and TLR8. Therefore, for in vitro and xenograft studies TLR7 or TLR8 overexpressing PANC1 cells were generated. Proliferation promoting effects of TLR7 and TLR8 expression and stimulation with R848 were detected in vitro. Additionally, increased tumor growth of TLR expressing PANC1 cells was demonstrated in subcutaneously injected Balb/c nude mice. Interestingly, activation of TLR7 or TLR8 induced not only an increase in tumor cell proliferation but also a strong chemoresistance of PANC1 cells against 5-fluorouracil (5-FU). Moreover, treatment with R848 resulted in elevated expression levels of NF-κB, COX-2 and inflammatory cytokines IL-1β, IL-8 and TNF-α, suggesting TLR7/8 signaling to contribute to an inflammatory, anti-apoptotic and proliferation promoting tumor microenvironment. These findings emphasize the particular role of TLR7 and TLR8 in inflammation related cancers and their relevance as potential targets for cancer therapy.
Die Grundfrequenz (F0) galt in der bisherigen klinisch orientierten Untersuchung von Säuglingsvokalisationen (Schreiforschung) als besonders sensible Größe zum Nachweis neurophysiologischer Dysfunktionen bei der Phonation. Sie wurde in Verbindung mit diversen endokrinen und metabolischen Störungen, verschiedenen Syndromen wie auch bei Sauerstoffmangelzuständen und ZNS-Schäden des Neugeborenen als verändert beschrieben.
In der vorliegenden Dissertationsschrift wurden vorsprachliche Laute der ersten 90 Lebenstage von 46 Säuglingen mit orofazialen Spalten analysiert. Das Ziel der Arbeit bestand darin, zu prüfen ob sich diese Säuglinge von gesunden Gleichaltrigen in ihren Lauteigenschaften unterscheiden. Zur Berücksichtigung relevanter Einflussfaktoren auf die mittlere Grundfrequenz und deren Variabilitätsbereich wurden die Probanden in folgende Untergruppen eingeteilt: (1) Säuglinge mit nicht-syndromaler Spaltbildung, (2) Frühgeborene, (3) Small-for-gestational-age-Säuglinge, (4) Säuglinge mit nicht-spontanem Geburtsmodus, (5) Säuglinge mit perinatalen Risikofaktoren sowie (6) Säuglinge mit syndromaler Spaltbildung.
Die hier durchgeführte Analyse der mittleren Grundfrequenz der frühen vorsprachlichen Vokalisationen lieferte neben einer hohen, altersunabhängigen Stabilität keinen Unterschied zwischen gesunden Neugeborenen und Säuglingen mit orofazialen Spalten (Ausnahme: Frühgeborene und Säuglinge mit perinatalen Risikofaktoren) über den gesamten Untersuchungszeitraum. Auch die errechneten Werte der Einzellautlänge der Spontanlaute stimmten mit Ergebnissen bei unauffälligen Säuglingen in Studien anderer Autoren überein.
In der vorliegenden Arbeit wurden erstmalig spezifische Grundfrequenz-Perzentilkurven für Säuglinge mit orofazialen Spalten erstellt. Diese sollen eine einheitliche Klassifizierung anhand der mittleren F0 ermöglichen sowie eventuelle Risikokinder für Entwicklungsstörungen bereits in den ersten Lebenswochen identifizieren helfen.
Dabei konnte eine entwicklungsspezifische Variabilitätsverteilung der mittleren Grundfrequenz in drei charakteristischen Zeitintervallen ermittelt werden, die durch Adaptationsvorgänge in den ersten zehn Tagen, durch vorrübergehende Stabilisierung neurophysiologischer Mechanismen von der zweiten bis hin zur siebten Woche und das Einsetzen von Regressionsphasen ab der achten bis hin zur dreizehnten Woche geprägt sind.
In this thesis the syntheses and detailed investigations on two foldable PBI systems were presented. The reversible, solvent-dependet folding/unfolding-behavior was used to study the ground and excited states properties of folda-dimer and folda-trimer by means of different spectroscopic methods as well as theoretical studies. The switching between charge transfer or excimer formation pathways of photoexcited molecules influenced by the spatial arrangement of chromophores within defined dye systems illustrates the impact of conformational preferences on functional properties.
Die Bedeutung einer Zweitmalignomentwicklung nach primärer Hirntumorerkrankung im Kindesalter
(2015)
In der vorliegenden Arbeit wurden Patienten untersucht, die im Rahmen der Hirntumorstudien SKK 87, SKK 92, HIT 88, HIT 91, der Interimsstudie HIT 99 sowie HIT 2000 der HIT-Studienzentrale in Würzburg aufgrund eines Hirntumors im Kindesalter behandelt wurden und an einem Zweitmalignom erkrankten. Es erfolgte die genauere Betrachtung insbesondere im Hinblick auf Patienteneigenschaften, zeitliche Verläufe, Risikofaktoren, kumulative Zweitmalignomhäufigkeiten und die Prognose nach einer Zweiterkrankung.
Bis zum 01.01.2008 waren 54 Patienten bekannt, die nach einem primären Hirntumor im Kindesalter ein Zweitmalignom entwickelten, davon waren 29 männlich und 25 weiblich, 11 hatten ein bekanntes Tumorprädispositionssyndrom. Als Zweitmalignomhistologie traten vor allem sekundäre Hirntumoren (17) und sekundäre hämatologische Neoplasien (13) auf. Dabei traten hämatologische Zweitneoplasien deutlich früher als sekundäre Hirntumoren auf (im Median 4.9 versus 8.9 Jahre). Das mittlere Erkrankungsalter bei Erst- und Zweitdiagnose war 6.4 bzw. 13.1 Jahre bei einem mittleren Follow-up aller Studienpatienten seit Erstdiagnose von 10.8 Jahren. Als Risikofaktoren einer Zweitmalignomentwicklung konnte ein junges Erkrankungsalter und das weibliche Geschlecht ermittelt werden. Die kumulative Inzidenz einer Zweitmalignomentwicklung nach Aalen-Johansen lag 5, 10 und 15 Jahre nach Primärerkrankung bei 0.6%, 2% und 5%. Die 5-Jahres-Überlebensrate für alle 54 Zweitmalignompatienten nach Zweittumordiagnose betrug 35%.
Die Arbeit verdeutlicht, dass mit steigender Langzeitprognose nach kindlichen Hirntumorerkrankungen Spätfolgen der Therapie immer relevanter werden. Damit steigt die Bedeutung der engmaschigen Nachsorge zur frühzeitigen Erkennung und Quantifizierung dieser Spätfolgen.
Die patellofemorale Instabilität bzw. die Patellaluxation hat eine Inzidenz von 7 - 49 pro
100.000 Einwohner und verursacht 2-3% aller Knieverletzungen. Über 10% der
muskuloskelettalen Symptome werden durch die patellofemorale Instabilität verursacht.
Die Ätiologie der Patellaluxation ist stets multifaktoriell, als Risikofaktoren gelten
jedoch die Trochleadysplasie, ein erhöhter Patellatilt, die Patella alta, ein erhöhter TTTG-
Abstand und die Beschaffenheit des Ligamentum patellofemorale mediale.
Zur Therapie eignen sich je nach individueller Symptomatik und Risikofaktoren sowohl
konservative als auch operative Maßnahmen. In den letzten Jahren
wurden zahlreiche Operationsmethoden und -techniken mit unterschiedlichem Ansatz
und Erfolg beschrieben.
Bei der hier untersuchten Technik wird das Ligamentum patellofemorale mediale mit
Hilfe einer autologen Sehnenplastik (Sehne des M. gracilis) und einer Weichteilfixation
an der patellaren Insertion ohne Einbringung weiteren Fremdmaterials anatomisch
rekonstruiert.
Das Ziel dieser prospektiven Verlaufsbeobachtung war es, die postoperative
Entwicklung von Funktion, Stabilität und Schmerzen, sowie die Beurteilung der
Einschränkung des Gesamtgesundheitszustandes der Patienten nach MPFL-Rekonstruktion
zu untersuchen.
Dazu wurden 27 Patienten im Alter zwischen zwölf und 45 Jahren, die zwischen Januar
2011 und November 2012 wegen habitueller bzw. habituell rezidivierender und in
einem Fall traumatischer Patellaluxation operiert wurden, nach festgesetzten Kriterien
in die Studie eingeschlossen und über den Zeitraum von zwölf Monaten postoperativ nachuntersucht. Die Ergebnisse wurden anhand des „Kujala Anterior Knee Pain Score“
und des „Validierten Fragebogen über Kniebeschwerden nach F. Flandry“ erhoben.
Außerdem wurde eine standardisierte körperliche Untersuchung durchgeführt.
Von den 27 eingeschlossenen Patienten konnten 24 über die volle Dauer nachuntersucht
werden, drei Patienten nur über sechs Monate postoperativ. Die Ergebnisse im Kujala-
Score verbesserten sich von durchschnittlich 72 Punkten (IQR = 35) präoperativ auf 95
Punkte (IQR = 9,25) nach zwölf Monaten. Nach bereits sechs Monaten war die
Verbesserung hochsignifikant.
Die Ergebnisse des Flandry-Score zeigten eine Verbesserung von 65,7 Punkten (IQR =
29,5) präoperativ auf 89,9 Punkte (IQR = 7,75) nach zwölf Monaten. Auch hier war die
Verbesserung bereits nach einem halben Jahr hochsignifikant.
Postoperativ gaben die Patienten am häufigsten Schwierigkeiten bei der Hocke und
beim Knien an. Weitere Einschränkungen der Alltagsaktivitäten traten sechs Monate
postoperativ nicht mehr auf. Auch die Häufigkeit und Intensität der Schmerzen
aufgrund des Kniegelenkes entwickelten sich nach Ablauf eines halben Jahres sehr gut.
Probleme bei sportlichen Aktivitäten wurden nach sechs Monaten nicht mehr
angegeben, allerdings war bei 51,9% der Patienten noch nach einem Jahr eine Atrophie
der Quadrizepsmuskulatur festzustellen. Bereits nach drei Monaten wurde kein „Giving Way“ mehr berichtet.
Bei den 27 untersuchten Patienten trat insgesamt eine traumatische Reluxation auf.
Weitere Komplikationen wurden nicht bekannt. Die subjektive Beurteilung des
Gesamtgesundheitszustandes verbesserte sich bereits ein halbes Jahr nach der Operation
hochsignifikant im Vergleich zum präoperativen Status.
Die MPFL-Rekonstruktion mit autologer Gracilissehne und Weichteilfixation zeigte
bezüglich Reluxationen und Stabilität nach einem Jahr sehr gute Ergebnisse. Die
Rehabilitation und Wiederaufnahme von sportlichen Aktivitäten verlief zügig.
Die Resultate dieser Untersuchung sind vielversprechend, es wird jedoch noch Studien
mit größeren Patientenzahlen und längerem Nachuntersuchungszeitraum geben müssen.
Ziel dieser Arbeit ist es, ein verbessertes Verständnis für den Zusammenhang zwischen mechanischer Steifigkeit und Wärmetransport über das Festkörpergerüst bei hochporösen Materialien zu erlangen. Im Fokus dieser Arbeit steht die Fragestellung, wie mechanische Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit bei hochporösen Materialien miteinander zusammenhängen und ob es möglich ist, diese beiden Eigenschaften durch geometrische Modifikationen der Mikrostruktur unabhängig voneinander zu verändern. Die durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Großteil der mikrostrukturellen Modifikationen beide Materialeigenschaften beeinflussen und die mechanische Steifigkeit in der Regel eng mit dem Wärmetransport über das Festkörpergerüst verknüpft ist. Es konnte jedoch auch nachgewiesen werden, dass die mechanische Steifigkeit bei hochporösen Materialien nicht eindeutig mit dem Wärmetransport über das Festkörpergerüst zusammenhängt und spezifische mikrostrukturelle Modifikationen einen stärkeren Einfluss auf die mechanische Steifigkeit besitzen, als auf den Wärmetransport über das Festkörpergerüst. Umgekehrt ist diese Aussage nicht ganz so eindeutig.
Die theoretische Betrachtung des Zusammenhangs zeigt, dass in die Berechnung der mechanischen Steifigkeit teils andere geometrische Strukturgrößen einfließen, als in die Berechnung des Wärmetransports über das Festkörpergerüst, so dass die mechanische Steifigkeit unabhängig von der Wärmeleitfähigkeit verändert werden kann. Es zeigt sich jedoch auch, dass die meisten strukturellen Veränderungen beide Eigenschaften beeinflussen und die mechanische Steifigkeit aufgrund der Biegedeformation der Netzwerkelemente systematisch stärker auf strukturelle Veränderungen reagiert als die Wärmeleitfähigkeit der Struktur, so dass die mechanische Steifigkeit in der Regel quadratisch mit der Wärmeleitfähigkeit des Festkörpergerüstes skaliert. Mit den Methoden der effective-media-theory lassen sich Grenzen ermitteln, innerhalb derer sich mechanische Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit unabhängig voneinander variieren lassen.
Im experimentellen Teil der Arbeit wurden Probenserien von Polyurethan-Schäumen, Polyurea Aerogelen und organisch / anorganischen Hybrid Aerogelen herangezogen, so dass poröse Materialien mit geordneten, voll vernetzten Mikrostrukturen, mit statistisch isotropen, teilvernetzen Mikrostrukturen, sowie Mikrostrukturen mit anisotropen Charakter in die Untersuchung einbezogen werden konnten. Als Struktureigenschaften, die die mechanische Steifigkeit ungewöhnlich stark beeinflussen, konnten die Regelmäßigkeit der Struktur und der Krümmungsradius der Netzwerkelemente sicher identifiziert werden. Alle weiteren strukturellen Veränderungen führen zu dem annähernd quadratischen Zusammenhang.
In einem dritten Abschnitt dieser Arbeit wird das vereinfachte Phononendiffusionsmodell herangezogen, um den Zusammenhang zwischen mechanischer Steifigkeit und Wärmetransport über das Festkörpergerüst bei Aerogelen grundlagenphysikalisch zu modellieren. Zur Diskussion werden die experimentell ermittelten Eigenschaften der isotropen Polyurea Aerogele herangezogen und eine qualitative Modellierung ihrer Schwingungszustandsdichten durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die Kombination aus Probendichte und Schallgeschwindigkeit, mit der sich die mechanische Steifigkeit berechnen lässt, unter bestimmten Randbedingungen auch die Energie und Transporteigenschaften der Phononen beschreibt, die den Wärmetransport über das Festkörpergerüst bei Aerogelen bestimmen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich zum Beispiel heranziehen, um die Eigenschaften hochporöser Materialien für eine gegebene Anwendung durch mikrostrukturelle Modifikationen optimal zu gestalten.
Typ 1 NKT Zellen oder iNKT Zellen (invariante Natürliche Killer T Zellen) stellen eine Subpopulation der abT Zellen dar, die sich durch mehrere charakteristische Eigenschaften aus- zeichnet. Ihr Hauptmerkmal ist die Expression eines semi-invarianten T Zellrezeptors (TCR), der die Bindung von CD1d:Glycolipid Komplexen ermöglicht, wohingegen ‚klassische‘ T Zellen an Komplexe aus MHC (Haupthistokompatibilitätskomplex) Molekülen und Peptiden binden. Die während der Reifung im Thymus durch Transkriptionsfaktoren festgelegte Voraktivierung der iNKT Zellen ermöglicht das unmittelbare Freisetzen von Cytokinen bei Antigenkontakt, wodurch iNKT Zellen die adaptive Immunantwort stark beeinflussen können: Sie tragen sowohl zur Regulation von Autoimmunerkrankungen als auch der Bekämpfung von Krebs und Infektionen bei.
Der iNKT TCR setzt sich aus einer invarianten a-Kette (AV14/AJ18 in der Maus bzw. AV24/AJ18 im Menschen) und einer charakteristischen Auswahl an b-Ketten (vorwiegend BV8S2, BV7 und BV2 in der Maus und BV11 im Menschen) zusammen. Das Cerebrosid a-Galactosylceramid (aGC, KRN7000) stellt eines der potentesten Antigene für iNKT Zellen dar. Die Präsentation dieser Antigenklasse erfolgt durch CD1d Moleküle, die, abgesehen von tiefen hydrophoben Bindungstaschen, strukturell MHC I Molekülen ähneln, jedoch nicht polymorph sind und außerhalb des MHC Locus codiert sind. Die, zwischen Maus und Mensch hochkon- servierte, Interaktion von iNKT TCR und CD1d:aGC Komplex zeichnet sich bei potenten Antigenen durch die eingeschränkte Nutzung der Antigenspezifität bestimmenden Regionen aus: CDR1a, CDR3a und CDR2b. Die den CDR3b definierende V-D-J Umlagerung der b-Kette stellt im iNKT TCR den Bereich der höchsten Variabilität dar, beeinflusst jedoch nur die Bindung schwächerer Antigene. Natürlich auftretende Variabilität innerhalb der a-Kette kann durch Abweichungen von der kanonischen V-J Umlagerung am Beginn des CDR3a entstehen und beeinflusst ebenfalls die Bindung des iNKT TCR.
Die iNKT Zellpopulation in F344 Ratten ähnelt in Frequenz und Korezepotorexpression derjenigen des Menschen. Ratten besitzen ein CD1D Gen, welches hoch homolog zu denen der Maus ist und zwei dem BV8S2 Gensegment der Maus homologe BV Segmente (BV8S2 und BV8S4), die in F344 Ratten beide funktionell sind. Eine Besonderheit der Ratte ist jedoch das Auftreten einer AV14 Multigenfamilie von bis zu zehn Gensegmenten. Diese unterscheiden sich neben dem HV4 vor allem in ihren CDR2 Sequenzen und werden anhand dieser Unterschiede in zwei Gruppen (Typ 1 und 2) eingeteilt. Zusätzlich wurde in der iNKT Zellpopulation eine hohe Frequenz an natürlich auftretenden A93G Substitutionen in der TCR↵ Kette beschrieben und es wurde gezeigt, dass, im Gegensatz zur Kreuzreaktivität zwischen iNKT TCR und CD1d von Maus und Mensch, iNKT Zellen der Ratte nicht an Maus CD1d binden. Die Besonderheiten des Ratten iNKT TCR und deren Auswirkungen auf die TCR Expression und Ligandenbindung der Ratten iNKT Zellpopulation wurden in der vorliegenden Arbeit untersucht.
Durch in dieser Arbeit durchgeführte in vitro Mutagenesestudien konnten Position 68 in der vierten Hypervariablen Schleife (HV4↵) und Position 93 zu Be- ginn des CDR3↵ als entscheidende Modulatoren der CD1d Bindung im iNKT TCR von Ratte und Maus identifiziert werden, wobei auch speziesspezifische Unterschiede aufgedeckt werden konnten. Die Spezieskreuzreaktivität des Ratten iNKT TCR selbst hing stark von einer A93G Substitution im TCRa ab. Bei Untersuchungen der b-Kette zeigte sich, dass sowohl BV Segmente als auch CDR3b Region die Ligandenbindung in differenziellem Zusammenspiel beeinflussen, was bei Paarung mit unterschiedlichen AV14 Segmenten verschieden ausgeprägt sein konnte. Weiterhin wurden humane CD1d Dimere generiert und zum ersten Mal die Bindung von Ratten CD1d an humane iNKT TCR gezeigt.
Weiterhin wurde in dieser Arbeit das TCR Repertoire von iNKT Zellen der F344 Ratte und deren CD1d Bindungseigenschaften charakterisiert. Hierzu wurde die bereits etablierte Methode der in vitro Expansion von iNKT Zellen aus der Rattenmilz weiterentwickelt, was die Langzeitkultur und -expansion der sortierten iNKT Zellpopulation ermöglichte. Bei Untersuchung der TCR Expression konnte gezeigt werden, dass die Auswahl der im Ratten iNKT TCR genutzten BV Gensegmente ähnlich limitiert ist wie in der Maus. Neben der dominanten Nutzung der BV8S4 und BV8S2 Gensegmente wurden hauptsächlich BV8S1, BV14 und BV7 gefunden. Bei Untersuchungen der CD1d Dimerbindung der iNKT Zellpopulation konnte der Einfluss der na- türlich auftretenden A93G Substitution in der iNKT TCRa Kette bestätigt werden. Außerdem zeigte sich hier ebenfalls der Einfluss des BV Gensegments auf die Ligandenbindung, wobei BV8S4 negative Zellen im Vergleich zu BV8S4 positiven Zellen eine stärkere Ratten CD1d Dimerbindung zeigten.
Die hier vorliegende Forschungsarbeit überprüfte eine mögliche Beteiligung des peripheren Nervensystems bei M. Parkinson und den atypischen Parkinson-Syndromen. 31 Patienten mit einem idiopathischen Parkinson-Syndrom (IPD-Patienten) und neun Patienten mit einem atypischen Parkinson-Syndrom (APD-Patienten) sowie 35 altersentsprechende Kontrollprobanden wurden zwischen 2011 und 2012 für diese Studie rekrutiert. Neben der Eigenanamnese und der neurologischen Untersuchung erhielten die Patienten eine Suralisneurographie zur Überprüfung der large fibers und eine Quantitative sensorische Testung (QST) zur Detektion einer möglichen Small-fiber-Dysfunktion. Die Vitamin-Bestimmung diente der Untersuchung möglicher Zusammenhänge zwischen der Levodopa-Therapie, eventuell daraus resultierenden Vitamin-Mangelzuständen und einer reduzierten intraepidermalen Nervenfaser-Dichte (IENF-Dichte) beim M. Parkinson. Für die histologische Auswertung der IENF-Dichte und der dermalen, myelinisierten Nervenfaserbündel (PGP 9.5- / MBP- Doppelfärbung) sowie für die immunohistochemische Untersuchung der Nervenfasersubtypen (anti-alpha-CGRP- und anti-Substanz P-Antikörper) wurden bei jedem Probanden vier Hautbiopsien von den Extremitäten und dem Körperstamm entnommen.
Sieben IPD-Patienten und ein Proband mit einem atypischen Parkinson-Syndrom wiesen ein vermindertes sensorisches Nervenaktionspotenzial (SNAP) in der Suralisneurographie auf. Dagegen war eine pathologisch reduzierte Nervenleitgeschwindigkeit nur bei einem IPD-Patienten nachweisbar. Auffällig war zudem eine negative Korrelation zwischen der Erkrankungsdauer und dem SNAP (Korrelationskoeffizient -0,367, p<0,03). In der Auswertung der Hautbiopsien konnte eine statistisch signifikante Reduktion der myelinisierten Bündel am Unterschenkel der IPD-Patienten festgestellt werden.
Bei zehn von 30 IPD-Patienten, jedoch bei keinem der Probanden mit einem atypischen Parkinson-Syndrom, konnte eine verminderte IENF-Dichte nachgewiesen werden. In der statistischen Überprüfung wurde außerdem am Unterschenkel ein signifikanter Unterschied zwischen den IPD-Patienten und der Kontrollkohorte sowie eine negative Korrelation zwischen der Krankheitsdauer und der IENF-Dichte (Korrelationskoeffizient -0,320, p<0,05) festgestellt. Die QST konnte dagegen keinen statistisch signifikanten Unterschied zwischen den einzelnen Kohorten aufzeigen.
Im Kontrast dazu fand sich eine längenunabhängige Reduktion der CGRP-positiven und der Substanz P-positiven IENF-Dichte bei den Patienten mit einem idiopathischen Parkinson-Syndrom. Bemerkenswert war zudem eine signifikante Verminderung der Substanz P-positiven intraepidermalen Nervenfasern am Oberschenkel und Rücken bei den APD-Patienten. Eine statistisch signifikante Abweichung der CGRP- und Substanz P-positiven Bündel konnte dagegen nicht festgestellt werden.
In der laborchemischen Untersuchung war ein Zusammenhang zwischen den bestimmten Vitamin-Spiegeln und der kumulativen Levodopa-Dosis sowie zwischen den Vitaminen und der IENF-Dichte lediglich bei dem Vitamin B6 nachweisbar.
Zusammengefasst erscheint eine Beteiligung des peripheren Nervensystems beim idiopathischen Parkinson als wahrscheinlich, wohingegen bei den atypischen Parkinson-Syndromen vor allem von einer zentralen Genese ausgegangen werden kann. Basierend auf den Ergebnissen der Suralisneurographie und der Bestimmung der myelinisierten Bündel erscheint eine krankheitsbedingte Large-fiber-Beeinträchtigung beim M.Parkinson möglich. Die nachgewiesene längenabhängige Small-fiber-Reduktion bei IPD-Patienten wird vermutlich durch eine axonale Transportstörung verursacht. Einen krankheitsbedingten Erklärungsansatz für die längenunabhängige Reduktion der CGRP-positiven und der Substanz P-positiven IENF-Dichte bei IPD-Patienten liefert der Nachweis von neurotoxischem α-Synuclein in den sensiblen Spinatganglien mit einem daraus resultierenden Untergang von sensorischen Nervenfasern. Aufgrund der geringen Anzahl an Parkinson-Patienten mit sensiblen Symptomen und dem fehlenden Nachweis eines statistisch signifikanten Unterschiedes in der QST liegt der Verdacht nahe, dass die ermittelte intraepidermale Nervenfaserreduktion der IPD-Patienten nicht stark genug ausgeprägt ist, um eine signifikante Abweichung der QST-Ergebnisse zu verursachen. Weiterhin konnte kein Zusammenhang zwischen der kumulativen Levodopa-Menge, den Vitaminen B12, Methylmalonsäure sowie Homocystein und dem Auftreten einer Nervenfaserverminderung nachgewiesen werden, was gegen eine iatrogene Beteiligung des peripheren Nervensystems als Nebenwirkung der Levodopa-Therapie spricht. Das idiopathische Parkinson-Syndrom geht mit einer Reduktion der kleinen Nervenfasern einher, welche vermutlich auf die Grunderkrankung selbst zurückzuführen ist. Die Untersuchung der Haut erscheint somit vielversprechend für die Erforschung der Pathogenese und für die Differentialdiagnostik des M. Parkinson.
Circadianes und Stress-System sind zwei physiologische Systeme, die dem Organismus helfen sich an Veränderungen ihrer Umwelt anzupassen. Während letzteres spontane und schnelle Antworten auf akute, unvorhersehbare Umweltreize liefert, sagt das circadiane System täglich wiederkehrende Ereignisse vorher and bereitet den Organismus so vorzeitig auf diese nahende Umweltveränderung vor. Dennoch, trotz dieser unterschiedlichen Reaktionsmechanismen agieren beide Systeme nicht komplett autonom. Studien der vergangen Jahre belegen vielmehr eine Interaktion beider Systeme. So postulieren sie zum einem Unterschiede in der Stressantwort in Abhängigkeit von der Tageszeit zu der der Reiz auftritt und weisen zugleich auf eine Zunahme von gestörten biologischen Tagesrhythmen, wie zum Beispiel Schlafstörungen, in Folge von unkontrollierten oder exzessiven Stress hin. Ebenso liefern kürzlich durchgeführte Studien an Vertebraten und Pilzen Hinweise, dass mit p38, eine Stress-aktivierte Kinase, an der Signalweiterleitung zur inneren Uhr beteiligt ist (Hayashi et al., 2003), sogar durch dieses endogene Zeitmesssystem reguliert wird (Vitalini et al., 2007; Lamb et al., 2011) und deuten damit erstmals eine mögliche Verbindung zwischen Stress-induzierten und regulären rhythmischen Anpassungen des Organismus an Umweltveränderungen an. Molekulare und zelluläre Mechanismen dieser Verknüpfung sind bisher noch nicht bekannt.
Während die Rolle von p38 MAPK bei der Stress- und Immunantwort in Drosophila melanogaster gut charakterisiert ist, wurden Expression und Funktion von p38 in der inneren Uhr hingegen bislang nicht untersucht. Die hier vorliegende Arbeit hatte daher zum Ziel mittels immunhistochemischer, verhaltensphysiologischer und molekularer Methoden eine mögliche Rolle der Stress-aktivierten Kinase im circadianen System der Fliege aufzudecken. Antikörperfärbungen sowie Studien mit Reporterlinien zeigen deutliche Färbesignale in den s-LNv, l-LNv und DN1a und erbringen erstmals einen Nachweis für p38 Expression in den Uhrneuronen der Fliege. Ebenso scheint die Aktivität von p38 MAPK in den DN1a uhrgesteuert zu sein. So liegt p38 vermehrt in seiner aktiven Form in der Dunkelphase vor und zeigt, neben seiner circadian regulierten Aktivierung, zusätzlich auch eine Inaktivierung durch Licht. 15-Minuten-Lichtpulse in der subjektiven Nacht führen zu einer signifikanten Reduktion von aktivierter, phosphorylierter p38 MAPK in den DN1a von Canton S Wildtypfliegen im Vergleich zu Fliegen ohne Lichtpuls-Behandlung. Aufzeichnungen der Lokomotoraktivität offenbaren zusätzlich die Notwendigkeit von p38 MAPK für wildtypisches Timing der Abendaktivität sowie zum Erhalt von 24-Stunden-Verhaltensrhythmen unter konstanten Dauerdunkel-Bedindungen. So zeigen Fliegen mit reduzierten p38 Level in Uhrneuronen einen verzögerten Beginn der Abendaktivität und stark verlängerte Freilaufperioden. In Übereinstimmung mit Effekten auf das Laufverhalten scheint darüber hinaus die Expression einer dominant-negativen Form von p38b in Drosophila’s wichtigsten Uhrneuronen eine verspätete nukleäre Translokation von Period zur Folge zu haben. Westernblots legen zusätzlich einen Einfluss von p38 auf den Phosphorylierungsgrad von Period nahe und liefern damit einen mögliche Erklärung für den verspäteten Kerneintritt des Uhrproteins. Abschließende Stützung der Westernblotergebnisse bringen in vitro Kinasenassays und deuten auf p38 als eine potentielle „Uhrkinase“ hin, welche auch in vivo Period an Serin 661 sowie weiteren potentiellen Phosphorylierungsstellen phosphorylieren könnte.
Zusammengenommen deuten die Ergebnisse der hier vorliegenden Arbeit eindeutig auf eine bedeutende Rolle von p38, neben dessen Funkion im Stress-System, auch im circadianen System der Fliege hin und offenbaren damit die Möglichkeit, dass p38 als Schnittstelle zwischen beider Systeme fungiert.
Die Möglichkeiten der operativen Rekonstruktion degenerativ veränderter Hüftgelenke sind komplex und vielfältig. Bei den derzeit zur Verfügung stehenden operativen Behandlungsmassnahmen führen die Vor- und Nachteile immer wieder zur Diskussionen und Abwägung der Operationsverfahren. Hierbei stehen sich die rasche postoperative Mobilisierung sowie eine verminderte Rekonvaleszenzzeit mit den diskutierten Nachteilen einer schlechteren Übersichtlichkeit und damit verbundenen Fehlimplantationen gegenüber. Dies und die damit verbundene volkswirtschaftliche Bedeutung sind ein ständiger Ausgangspunkt für das Bemühen den optimalen Zugangsweg zu etablieren.
Daher stellte das von Smith-Peterson 1949 publizierte Verfahren einen Meilenstein in der operativen Therapie dar. Hierdurch konnten zum einen die operationstechnischen Vorteile wie auch das volkswirtschaftliche Begehren nach kürzeren postoperativen Verweildauern vereint werden. Die Modifizierung dieses Zugangsweges hat sich bereits in einer großen Anzahl prospektiver Studien als zuverlässiges Rekonstruktionsverfahren etabliert und erfüllt zudem auch die Anforderungen der heutigen Medizin nach ästhetisch schönen Ergebnissen.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine prospektive Fallstudie des direkten anterioren Zugangs mit einem gesunden Vergleichskollektiv durchgeführt. Mit dem Ziel, die Aktivität ein Jahr postoperativ nach Implantation einer HTEP mit gesunden Probanden zu vergleichen.
Von Januar 2009 bis Mai 2011 wurden insgesamt 77 Patienten und 59 Probanden in die Studie aufgenommen. Als Vergleichswerte wurde zum einen die klinische wie auch die radiologische Untersuchung herangezogen. In der klinischen Untersuchung zeigte sich insgesamt ein signifikanter Anstieg der untersuchten Scores im Vergleich mit den präoperativen Ergebnissen bei den Operierten. Im Vergleich zu den Probanden erzielen die Patienten ein Jahr nach HTEP teilweise noch schlechtere Werte in dem Bewegungsumfang und den Aktivitätsniveaus welche mittels der Auswertung des Stepwatches, des TWB und des Arzt-Patienten-Fragebogens erhoben wurden. Die radiologische Bewertung diente zur Feststellung der Positionierung der HTEP. Mit guten Positionierungen durch den direkten anterioren Zugang. Die Bewertung der Funktionalität zwischen den beiden Gruppen erfolgte durch den HHS, XSFMA- D und den Arzt-Patientenfragenbogen. Hierbei konnten ähnliche Ergebnisse, wie bereits oben beschrieben, verzeichnet werden mit guten Werten in der Gruppe der untersuchten Patienten, jedoch einer geringeren Funktionalität im Vergleich zu den Probanden.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass der direkte anteriore Zugang die Wiederherstellung eines guten postoperativen Gesundheitszustandes mit erreichen eines hohen postoperativen Aktivitätslevels der Patienten ermöglicht. Ebenso erfüllt dieser Zugangsweg die Anforderungen der heutigen Medizin im Sinne einer schnellen postoperativen Mobilisation. Im Vergleich zu anderen minimal-invasiven Verfahren zeigen sich eine gute Implantierbarkeit, eine gute Positionierung und ein niedriges Komplikationsniveau.
Prinzipiell hat der minimal-invasive anteriore Zugang das Potenzial sich als ein Standardverfahren in der operativen Rekonstruktion bei Hüftgelenksersatz zu etablieren, jedoch wäre ein direkter Vergleich mit dem lateralen Zugang erstrebenswert und sollte in weiteren Studien verglichen werden.
1. Zusammenfassung
Während der Embryogenese und nach Verletzungen von Nerven regulieren neurotrophe Faktoren Signalwege für Apoptose, Differenzierung, Wachstum und Regeneration von Neuronen. In vivo Experimente an neugeborenen Nagern haben gezeigt, dass der Verlust von Motoneuronen nach peripherer Nervenläsion durch die Behandlung mit GDNF, BDNF, und CNTF reduziert werden kann In der pmn-Mausmutante, einem Modell für die Amyotrophe Lateralsklerose, führt die Gabe von CNTF, nicht aber von GDNF zu einem verzögerten Krankheitsbeginn und einem verlangsamten Fortschreiten der Motoneuronendegeneration. Auslöser der Motoneuronendegeneration in der pmn-Maus ist eine Mutation im Tubulin spezifischen Chaperon E (Tbce) Gen, das für eines von fünf Tubulin spezifischen Chaperonen (TBCA-TBCE) kodiert und an der Bildung von -Tubulinheterodimeren beteiligt ist. Diese Arbeit sollte dazu beitragen, die CNTF-induzierten Signalwege zu entschlüsseln, die sich lindernd auf den progredienten Verlauf der Motoneuronendegeneration in der pmn-Maus auswirken.
Primäre pmn mutierte Motoneurone zeigen ein reduziertes Axonwachstum und eine erhöhte Anzahl axonaler Schwellungen mit einer anomalen Häufung von Mitochondrien - ein frühes Erkennungsmerkmal bei ALS-Patienten. Die Applikation von CNTF nicht aber von BDNF oder GDNF, kann in vitro die beobachteten Wachstumsdefekte und das bidirektionale axonale Transportdefizit in pmn mutierten Motoneurone verhindern.
Aus älteren Untersuchungen war bekannt, dass CNTF über den dreiteiligen transmembranen Rezeptorkomplex, bestehend aus CNTFR, LIFR und gp130, Januskinasen aktiviert, die STAT3 an Tyrosin 705 phosphorylieren (pSTAT3Y705). Ich konnte beobachten, dass axonales fluoreszenzmarkiertes pSTAT3Y705 nach CNTF-Gabe nicht retrograd in den Nukleus transportiert wird. Stattdessen führt die CNTF-induzierte Phosphorylierung von STAT3 an Tyrosin 705 zu einer transkriptionsunabhängigen lokalen Reaktion im Axon. Diese pSTAT3Y705 abhängige Reaktion ist notwendig und ausreichend, um das reduzierte Axonwachstum pmn mutierter Motoneurone zu beheben. Wie die Kombination einer CNTF Behandlung mit dem shRNA vermittelten knock-down von Stathmin in pmn mutierten Motoneuronen zeigt, zielt die CNTF-STAT3 Signalkaskade auf die Stabilisierung axonaler Mikrotubuli ab und wirkt sich positiv auf die anterograde und retrograde Mobilität von axonalen Mitochondrien aus.
Interessanter Weise konnte ich außerdem feststellen, dass eine akute Gabe von CNTF das mitochondriale Membranpotential in Axonen primärer pmn mutierter und wildtypischer
Motoneurone erhöht und einen Anstieg von ATP auslöst. Meine Beobachtungen legen nahe, dass CNTF unerwarteter Weise auch eine transiente Phosphorylierung an STAT3 Serin 727 (pSTAT3S727) auslöst, die zur anschließenden Translokation von pSTAT3S727 in Mitochondrien führt. Diese Ergebnisse zeigen, dass STAT3 mehrere lokale Ziele im Axon besitzt, nämlich axonale Mikrotubuli und Mitochondrien.
This thesis focuses on the investigation of the electronic structure of amino acids and
salts in aqueous solution using X-ray spectroscopic methods. Both material groups are
of fundamental importance with regards to many physiological reactions, especially
for the Hofmeister effect which describes the solubility of proteins in salt solutions.
Hence, the investigation of the electronic structure of amino acids and the influence of
ions on the hydrogen bonding network of liquid water are important milestones to a
deeper understanding of the Hofmeister series.
Besides investigating the electronic structure of amino acids in aqueous solution,
the spectra were used to develop a building block model of the spectral fingerprints of
the functional groups and were compared to spectral signatures of suitable reference
molecules. In the framework of this thesis, it is shown that the building block approach
is a useful tool with allows the interpretation of spectral signatures of considerably
more complex molecules
In this work, the focus lies on the investigation of the occupied and unoccupied
electronic states of molecules in solid state, as well as in aqueous solution. Hereby,
different X-ray spectroscopic methods were applied. X-ray emission spectroscopy
(XES) was used to probe the occupied electronic structure of the solution, while the
unoccupied electronic structure was addressed by using X-ray absorption spectroscopy
(XAS). Finally, resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) as a combination of XAS
and XES measurements provides the combined information about the unoccupied and
occupied molecular levels. The element specific character of the three measurement
methods is a feature which allows the investigation of the local electronic structure of
a single functional group. With RIXS, also non-equivalent atoms of the same element
can be addressed separately.
Within this thesis firstly, a library of the XE spectra of all 20 proteinogenic amino
acids in zwitterionic form is presented. From this sample-set XES fingerprints of
the protonated alpha-amino group NH3+ and the deprotonated carboxylic group COO- were evaluated and used to identify the XES fingerprints of the nitrogen and oxygen
containing functional groups of the side chains of the amino acids. The data is discussed
based on a building block approach. Furthermore, the XE spectra of the functional
groups of lysine and histidine, namely the NH2 group and the C3N2H4 ring structure,
are both compared to XE spectra of suitable reference molecules (imidazole, ammonia
and methylamine). It is found that the XE and RIXS spectra of the side chains of lysine
and histidine show large similarities to the XE spectra of the reference molecules. This
agreement in the XE and RIXS spectra allows a qualitative investigation of XE and
RIXS spectra of more complex amino acids using the XE and RIXS spectra of suitable
reference molecules.
The chemical structure of histidine and proline is quite different from the structures
of the other proteinogenic amino acids. Due to the unique chemical structure of
the side chain which in both cases consists of a heterocyclic ring structure, these two
amino acids were investigated in more detail. Zubavichus et al. [1] have shown that
amino acids are decomposing while exposed to X-ray radiation of the experiment. The
damage is irreversible and molecular fragments can adsorb on the membrane of the
experimental setup. This contamination can also create a spectral signature which
then overlaps with the signal of the solution and which complicates the interpretation
of the data. To record spectra which are free from contributions of adsorbed molecular
fragments on the membrane, the adsorption behavior was investigated.
In contrast to the solid phase in which the amino acids are present as salts in one
electronic conformation, the charge state of the amino acids can be manipulated in
aqueous solution by tuning the pH-value. By doing this, all possible charge states are
accessible (cation, anion, zwitterion). In this work it is shown that also the spectra
of the different charge states can be modeled by the spectra of suitable reference
molecules using the building block approach. The spectral changes occurring upon
protonation and deprotonation of the functional groups are explored and verified by
comparing them to theoretical calculations.
The comparison with measurements of pyrrolidine show that the electronic structure
which surrounds the nitrogen atom of proline is strongly influenced by the
ring structure of the side chain. Furthermore, the proline, pyrrolidine, and histidine
molecules are also degrading during the liquid sample measurements. This can be
observed by the detection of a new spectral component which increases with the
measurement time originating from the window membrane. In all cases, the speed of
the agglomeration of molecular fragments at the membrane was observed to be highly
sensitive to the pH value of the solution.
To understand the Hofmeister series, also the impact of the salt ions have to be
investigated. In this study the influence of potassium chloride (KCl) on the hydrogen
bond network of water was studied by using non-resonantly excited XES as well as
RIXS. A decreased dissociation of hydrogen molecules and changes in the molecular
vibrations could be detected. These changes were interpreted with a molecular
reorganization of the water molecules and a decreased number of hydrogen bonds.
Im Fokus dieser Arbeit standen (6,5)-SWNT-PFO-BPy-Komplexe als Vertreter für polyfluorenstabilisierte, einwandige Kohlenstoffnanoröhren. In einem ersten Projekt wurden präparative Verfahren zur Dispergierung und Abscheidung dieser Proben weiterentwickelt. Es ist gelungen, die Ansatzgröße von 15 mL auf 200 mL hochzuskalieren sowie dünne SWNT-Filme über Rotationsbeschichtung herzustellen.
Des Weiteren wurde die lichtinduzierte Dynamik in halbleitenden SWNTs von der ps- bis zur µs-Zeitskala untersucht. Hier wurde ein umfassendes Bild zur Singulett- und Triplett-Exzitonendynamik in halbleitenden Kohlenstoffnanoröhren gezeichnet, welches maßgeblich durch diffusionslimitierte Prozesse geprägt ist.
Abschließend wurde eine Methode vorgestellt, mit der sich Informationen zur Struktur von SWNT-Polymer-Komplexen und anderen supramolekularen Systemen gewinnen lassen. Diese basiert auf der Kombination von polarisationswinkelaufgelöster Absorptionsspektroskopie an anisotropen Proben und globaler Datenanalyse.
Die gesetzlich vorgeschriebene Nachsorge von Frühgeborenen in Deutschland beschränkt sich nach den Vorgaben des G-BA momentan auf eine Entwicklungstestung mit den Bayley Scales of Infant Development im Alter von zwei Jahren. Entwicklungsuntersuchungen zu einem späteren Zeitpunkt sind jedoch notwendig, da neurologische Folgen bzw. Auswirkungen dann besser beurteilt und gemessen werden können.
Die WUEP-KD ist eine neuropsychologische Testbatterie, die auf der CHC-Theorie basiert und den Vorteil einer guten Normierung und Validierung für deutsche Kinder, sowie einer kurzen Durchführungszeit hat. Außerdem wurden bereits langjährig Erfahrungen in der Anwendung bei Kindern mit anderen neuropsychologischen Problemen gesammelt.
Wir wendeten die WUEP-KD bei sechs bis acht Jahre alten Kindern an, die in den Jahren 2001 und 2002 in der Frauenklinik der Universität Würzburg mit einem Geburtsgewicht von unter 1500g zur Welt gekommen waren und in der Universitätskinderklinik Würzburg behandelt wurden. Weiterhin wurden zehn termingerecht geborene und gesunde Kinder im gleichen Alter untersucht.
Es stellte sich heraus, dass die Frühgeborenen, die an unserer Studie teilgenommen hatten, signifikant besser bei den BSID-II im Alter von zwei Jahren abgeschnitten hatten als diejenigen, die wir leider nicht von einer Teilnahme überzeugen konnten. Tendenziell zeigte sich in unserer Studie bezüglich der zentralen mentalen Leistungsfähigkeit dennoch eine geringere Leistung bei geringerem Gestationsalter und bzw. oder geringerem Geburtsgewicht. Die Ergebnisse des Untertests CPM, welcher die fluide Intelligenz abbildet, waren signifikant unterschiedlich beim Gruppenvergleich der Geburtsgewichte sowie des Gestationsalters. Somit konnten wir mit unserer Methodik ebenso wie in anderen Studien einen Unterschied in der kognitiven Leistung zwischen den VLBW-Kindern und den ELBW-Kindern im Alter von sechs bis acht Jahren nachweisen. Beim Vergleich mit den Untersuchungen im Alter von zwei bis drei Jahren konnten wir weitgehend eine gleichbleibende Leistung nachweisen, die Ergebnisse der Bayley-Scales und der mentalen Gesamtleistung der WUEP-KD korrelierten signifikant.
Um eine umfassende Diagnostik durchzuführen und weitere Intelligenzfaktoren nach der CHC-Theorie zu erfassen, werden in der WUEP-KD computerisierte Tests verwendet. Zur Messung der feinmotorischen Leistung wurde hierfür das Speed-Tapping verwendet, welches bisher nicht in der Untersuchung Frühgeborener angewandt wurde. Die feinmotorischen Fähigkeiten der Früh- und Reifgeborenen lagen durchschnittlich im Normbereich, jedoch hatten doppelt so viele Frühgeborene als Reifgeborene Defizite in der Feinmotorik. Insbesondere die ELBW-Kinder waren hiervon betroffen. Bei Betrachtung der Frühgeborenen konnte eine signifikante Korrelation zwischen dem Gestationsalter und der feinmotorischen Leistung nachgewiesen werden. Somit konnten wir nachweisen, dass ein geringeres Geburtsgewicht und Gestationsalter das Risiko erhöhen, feinmotorische Defizite im Schulalter nachweisen zu können – auch wenn keine höhergradigen intrakraniellen Blutungen im Neugeborenenalter aufgetreten waren und die kognitive Leistung zum Zeitpunkt der Untersuchung im Normbereich liegt. Die WUEP-KD kann zusätzlich im Bereich der motorischen Fähigkeiten Defizite aufdecken.
Die Aufmerksamkeitsleistung, gemessen mit dem CPT, lag im Normbereich, dennoch waren wiederum vermehrt Defizite bei den ELBW-Kindern und den Kindern mit einem Gestationsalter unter 29 SSW zu beobachten.
Um das Verhalten und die Lebensqualität der frühgeborenen Kinder einschätzen zu können, ließen wir die Eltern drei Fragebögen beantworten (CBCL, SDQ, KINDL-R). Hier konnten wir größtenteils keine signifikanten Unterschiede zwischen den Reif- und Frühgeborenen feststellen. Im Fragebogen zur Lebensqualität konnten bei den Frühgeborenen sogar signifikant bessere Ergebnisse in den Bereichen „Freunde“ und „Selbstwert“ nachgewiesen werden.
Die WUEP-KD stellt aus unserer Sicht eine geeignete Methodik dar, um frühgeborene Kinder in ihrer weiteren Entwicklung nachzuuntersuchen – sie basiert auf der CHC-Theorie, dem Goldstandard der Intelligenzdiagnostik, hat eine kurze Durchführungsdauer, es besteht eine langjährige Anwendung und Erfahrung in der Durchführung bei Kindern mit neuropsychologischer Problematik und hat die nun nachgewiesene Fähigkeit kognitive und motorische Defizite bei frühgeborenen Kindern aufzudecken. Hierdurch können die betroffenen Kinder in ihren Fähigkeiten und Grenzen besser eingeschätzt und somit gezielt betreut werden.
Um die Wirkungsgrade organischer Solarzellen weiter zu steigern, ist ein Verständnis der auftretenden Verlustmechanismen entscheidend. Im Vergleich zu anorganischen photovoltaischen Zellen sind in den organischen Halbleitern die durch Absorption erzeugten Elektron-Loch-Paare, die als Exzitonen bezeichnet werden, sehr viel stärker gebunden. Daher müssen sie an einer Heterogrenzfläche, gebildet durch ein Donator- und ein Akzeptormaterial, in freie Ladungsträger getrennt werden. Mit dem erforderlichen Transportweg an die Heterogrenzschicht sind Rekombinationsverluste der exzitonischen Anregungen verbunden, die aus einer Vielzahl unterschiedlicher Prozesse resultieren und einen der Hauptverlustkanäle in organischen Solarzellen darstellen.
Aus diesem Grund wird der Fokus dieser Arbeit auf die Charakterisierung und mögliche Reduzierung solcher exzitonischen Verlustmechanismen gelegt. Als Modellsystem wird dazu eine planare Bilagen-Struktur auf Basis des Donatormaterials Diindenoperylen (DIP) und des Akzeptors Fulleren C60 verwendet. Durch die Kombination von elektrischen und spektroskopischen Messmethoden werden unterschiedliche exzitonische Verlustmechanismen in den aktiven Schichten charakterisiert und die zugrunde liegenden mikroskopischen Ursachen diskutiert. Dazu wird zuerst auf die strukturellen, optischen und elektrischen Eigenschaften von DIP/C60-Solarzellen eingegangen. In einem zweiten Abschnitt werden die mikroskopischen Einflüsse einer Exzitonen blockierenden Lage (EBL, exciton blocking layer) aus Bathophenanthrolin (BPhen) durch eine komplementäre Charakterisierung von Photolumineszenz und elektrischen Parametern der Solarzellen untersucht, wobei auch die Notwendigkeit der EBL zur Unterbindung von Metalleinlagerungen in den aktiven organischen Schichten analysiert wird. Die anschließende Studie der Intensitäts- und Temperaturabhängigkeit der j(U)-Kennlinien gibt Aufschluss über die intrinsischen Zellparameter sowie die Rekombinationsmechanismen von Ladungsträgern in den aktiven Schichten. Ferner werden durch temperaturabhängige spektroskopische Untersuchungen der Photo- und Elektrolumineszenz der Solarzellen Informationen über die elektronischen Zustände der DIP-Schicht erlangt, die für Rekombinationsverluste der generierten Exzitonen verantwortlich sind. Zusätzlich werden Raman-Messungen an den Solarzellen und Einzelschichten diskutiert. In einer abschließenden Studie werden exzitonische Verluste unter Arbeitsbedingungen der Solarzelle durch Ladungsträgerwechselwirkungen in der Donator-Schicht quantifiziert. In dieser Arbeit konnten verschiedene relevante Verlustprozesse in organischen Solarzellen reduziert werden. Durch die Identifizierung der mikroskopischen Ursachen dieser Verluste wurde eine wichtige Voraussetzung für eine weitere Steigerung der Leistungseffizienz geschaffen.
This work sheds light on different aspects of the silicon vacancy in SiC:
(1) Defect creation via irradiation is shown both with electrons and neutrons. Optical properties have been determined: the excitation of the vacancy is most efficient at excitation wavelengths between 720nm and 800nm. The PL decay yields a characteristic excited state lifetime of (6.3±0.6)ns.
(2) Defect engineering, meaning the controlled creation of vacancies in SiC with varying neutron fluence. The defect density could be engineered over eight orders of magnitude. On the one hand, in the sample with highest emitter density, the huge PL signal could even be enhanced by factor of five via annealing mechanisms. On the other hand, in the low defect density samples, single defects with photostable room temperature NIR emission were doubtlessly proven. Their lifetime of around 7ns confirmed the value of the transient measurement.
(3) Also electrical excitation of the defects has been demonstrated in a SiC LED structure.
(4) The investigations revealed for the first time that silicon vacancies can even exist SiC nanocrystals down to sizes of about 60 nm. The defects in the nanocrystals show stable PL emission in the NIR and even magnetic resonance in the 600nm fraction.
In conclusion, this work ascertains on the one hand basic properties of the silicon vacancy in silicon carbide. On the other hand, proof-of-principle measurements test the potential for various defect-based applications of the vacancy in SiC, and confirm the feasibility of e.g. electrically driven single photon sources or nanosensing applications in the near future.
Die Venusfliegenfalle, Dionaea muscipula, weckte aufgrund ihrer karnivoren Lebensweise schon sehr früh das Interesse vieler Wissenschaftler. Für karnivore Pflanzen, die auf Nährstoff-armen Böden wachsen, spielen Insekten als Beute und somit als Nährstofflieferant eine entscheidende Rolle. So können die Pflanzen durch die Verdauung der Beute mit wichtigen Makro- und Mikronährstoffen, wie Stickstoff, Phosphat, Kalium oder Natrium versorgt werden. Aus diesem Grund sollte im Rahmen meiner Arbeit ein besonderes Augenmerk auf die molekularen Mechanismen der Kationenaufnahme während der Nährstoffresorption gerichtet werden. Insbesondere die aus dem Insekt stammenden Nährstoffe Kalium und Natrium waren dabei von großem Interesse.
Im Allgemeinen sind Kaliumionen für Pflanzen eine essentielle anorganische Substanz und von großer physiologischer Bedeutung für die Entwicklung, den Metabolismus, die Osmoregulation, das Membranpotential und viele zelluläre Prozesse. Analysen der Kaliumaufnahme an Wurzeln von Modellpflanzen wie Arabidopsis thaliana und Reis zeigten, dass die Aufnahme von K+ ein Zusammenspiel von hoch-affinen K+-Transportern der HAK5-Familie und nieder-affinen Kaliumkanälen (AKT1/AtKC1) erfordert, die in ein komplexes
(De-)Phosphorylierungsnetzwerk eingebunden sind. In der vorliegenden Arbeit war es mir möglich das Netzwerk zur Kaliumaufnahme in den Drüsen der Venusfliegenfalle zu entschlüsseln. Es konnten Orthologe zum Kaliumtransporter HAK5 aus Arabidopsis (DmHAK5) und zum Kaliumkanal AKT1 (DmKT1) identifiziert und im heterologen Expressionssystem der Xenopus laevis Oozyten elektrophysiologisch charakterisiert werden. Dabei zeigte sich, das DmKT1 durch einen Ca2+-Sensor/Kinase-Komplex aus der CBL/CIPK-Familie phosphoryliert und somit aktiviert wird. Phylogenetische Analysen von DmKT1 bestätigten die Eingruppierung dieses Kaliumkanals in die Gruppe der pflanzlichen Shaker-Kaliumkanäle des AKT1-Typs. Die Transporteigenschaften zeigten zudem, dass DmKT1 bei hyperpolarisierenden Membranpotentialen aktiviert wird und einen K+-selektiven Einwärtsstrom vermittelt. In Oozyten konnte eine Kaliumaufnahme bis zu einer externen Konzentration von ≥1 mM beobachtet werden. DmKT1 repräsentiert also einen Kaliumkanal mit einer hohen Transportkapazität, der die nieder-affine Kaliumaufnahme in die Drüsenzellen der Venusfliegenfalle vermitteln kann.
Unterhalb einer externen Kaliumkonzentration von 1 mM würde der anliegende elektrochemische Kaliumgradient einen Kaliumausstrom und somit einen Verlust von Kalium favorisieren. Hoch-affine K+/H+-Symporter können durch die Ausnutzung des Protonengradienten eine Kaliumaufnahme im mikromolaren Bereich gewährleisten. In Wurzelhaaren von Arabidopsis vermittelt der Transporter AtHAK5 die Kaliumaufnahme unter Kaliummangelbedingungen. DmHAK5, ein Ortholog zu AtHAK5, ist in Dionaea Drüsen exprimiert und konnte zum ersten Mal im heterologen Expressionssystem der Xenopus Oozyten im Detail charakterisiert werden. Interessanterweise zeigte sich, dass DmHAK5 wie der K+-Kanal DmKT1 durch denselben CBL/CIPK-Komplex posttranslational reguliert und aktiviert wird. Die Transporteigenschaften von DmHAK5 wiesen auf einen Transporter mit einer breiten Substratspezifität hin, sodass sich DmHAK5 neben Kalium auch für Ammonium permeabel zeigte. Affinitätsuntersuchungen von DmHAK5 zu seinem Substrat Kalium klassifizierten das Protein als einen hoch-affinen Kaliumtransporter, der im Symport mit Protonen die Kaliumaufnahme im mikromolaren Konzentrationsbereich vermitteln kann.
Das Kaliumtransportmodul besteht also aus dem K+-selektiven Kanal DmKT1 und dem
K+/H+-Symporter DmHAK5, die die hoch- und nieder-affine Kaliumaufnahme in den Drüsenzellen während der Beuteverdauung in Dionaea muscipula Fallen ermöglichen. Beide Transportmodule werden Kalzium-abhängig durch die Kinase CIPK23 und den Ca2+-Sensor CBL9 auf posttranslationaler Ebene reguliert.
Zusammenfassend gelang es in dieser Arbeit Einblicke in die Kationenaufnahme während der Nährstoffresorptionsphase der Venusfliegenfalle, Dionaea muscipula, zu gewinnen. Dabei wurde klar, dass Dionaea muscipula im Laufe ihrer Evolution zu einer karnivoren Pflanze, nicht neue Transportmodule zur Nährstoffresorption aus der Beute entwickelte, sondern bekannte aus Wurzeln stammende Transportmodule umfunktionierte. Auf molekularer Ebene konnten die biophysikalischen Charakteristika der K+- und Na+-Transportproteine, sowie ihre Regulation entschlüsselt werden. Diese Erkenntnisse wurden schließlich in den Kontext des Beutefangs der Venusfliegenfalle gebracht und diskutiert.
Der Thymus ist das zentrale Organ der T-Zell-Reifung. T-Vorläuferzellen aus dem Knochenmark wandern in den Thymus ein und entwickeln sich dort zu naiven, nicht-autoreaktiven T-Zellen unterschiedlicher Spezifitäten, wie beispielsweise T-Helfer-Zellen oder T-Effektor-Zellen. Ab der Pubertät wird das Thymusgewebe zunehmend mit Fettgewebe durchsetzt, wodurch der funktionelle Anteil des Thymusgewebes ab-nimmt. Beim alternden Menschen wurde eine Zunahme an Infektionen, Autoimmun-krankheiten und Neoplasien festgestellt. Dies wird mit dem Begriff der Immunalte-rung beschrieben. Die Rolle der verminderten Thymusfunktion bei der Immunalte-rung ist aktuell Gegenstand vielfältiger Forschungen. In dieser Arbeit wurde mittels eines systematischen Reviews die Frage beleuchtet, ob nach Thymektomie die Rate an Infektionen, Autoimmunerkrankungen und Neoplasien steigt und folglich, ob die Thymektomie ein Modell für vorzeitige Immunalterung darstellt. Zudem wurde unter-sucht, ob die Thymektomie einen Einfluss auf die zellulären Kompartimente des Im-munsystems hat. Es wurden sowohl Tierstudien als auch Humanstudien berücksich-tigt.
Bei der Erstellung des Reviews wurde nach dem PRISMA-Statement vorgegangen. Die wissenschaftlichen Datenbanken PubMed und Cochrane Library wurden mittels einer zuvor festgelegten Suchstrategie nach Publikationen in deutscher und engli-scher Sprache ab dem Jahr 1975 systematisch durchsucht. Diese Suche lieferte ins-gesamt 6304 Ergebnisse. Nach weiter Selektion durch Beurteilung von Abstracts und Volltexten wurden schließlich 97 Studien in den Ergebnissteil dieser Arbeit aufge-nommen. Diese Studien wurden in Form von Datenextraktionstabellen katalogisiert und ihre interne Studienqualität anhand zuvor festgelegter Kriterien bewertet.
Aufgrund der großen Heterogenität der Studiendesigns und der inhaltlichen Schwer-punkte der Studien erfolgte eine qualitative Synthese der Ergebnisse. Einzelne Stu-dien berichteten vom Auftreten opportunistischer Infektionen nach Thymektomie. Andere wiederum konnten keinen Anstieg der Infektionsrate feststellen. Die Immun-antwort auf Neoantigene bei Impfung scheint bei thymektomierten Individuen beein-flusst. Das Auftreten von diversen Autoimmunkrankheiten wurde nach Durchführung einer Thymektomie beschrieben. Einzelne Studien kommen zu dem Schluss, dass die Rate an Neoplasien nach Thymektomie nicht erhöht ist. Um wissenschaftlich hin-reichend fundierte Aussagen über diese Themenschwerpunkte treffen zu können, bedarf es jedoch zukünftig Langzeitbeobachtungsstudien an thymektomierten Indivi-duen mit nicht-thymektomierten Kontrollgruppen.
Eine mathematisch-statistische Analyse wurde für den Einfluss der Thymektomie auf das zelluläre Immunsystem durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Zahl der CD3+ CD4+ und CD8+ Zellen im Anteil der Gesamtlymphozyten bei thy-mektomierten Individuen im Vergleich zur nicht-thymektomierten Kontrollgruppe sta-tistisch signifikant vermindert ist.
Die Ergebnisse dieses Reviews unterstützen daher die These, dass Thymektomie eine vorzeitige Immunalterung induziert. Jedoch ist weitere experimentelle Grundla-genforschung, sowie klinische Forschung an thymektomierten Individuen notwendig, um dies weiter zu untermauern.
Die Antikörperavidität beschreibt die Summe der Bindungsstärke eines polyvalenten Antikörpers zu einem multivalenten Antigen. Beim ersten Kontakt des Immunsys-tems mit einem fremden Antigen ist die Avidität der Antikörper zunächst gering. Es folgt ein Vorgang, der als Reifung der Immunantwort beschrieben wird und in dessen Verlauf Antikörper mit höherer Bindungsstärke selektioniert werden.
Der Stellenwert der Bestimmung der Antikörperavidität ergibt sich aus Schwachstel-len der konventionellen Serodiagnostik. So kann die Bestimmung von IgM- und IgG-Antikörpern bei Vorliegen einer Infektion Rückschlüsse zulassen, ob es sich um eine primäre oder sekundäre Infektion handelt oder ob die Infektion akut oder chronisch ist. Allerdings kann es beispielweise durch polyklonale B-Zell-Reaktivierung oder per-sistierende IgM-Antikörper auch zu unklaren Ergebnissen kommen.
The goal of this thesis is to investigate conformal mappings onto circular arc polygon domains, i.e. domains that are bounded by polygons consisting of circular arcs instead of line segments.
Conformal mappings onto circular arc polygon domains contain parameters in addition to the classical parameters of the Schwarz-Christoffel transformation. To contribute to the parameter problem of conformal mappings from the unit disk onto circular arc polygon domains, we investigate two special cases of these mappings. In the first case we can describe the additional parameters if the bounding circular arc polygon is a polygon with straight sides. In the second case we provide an approximation for the additional parameters if the circular arc polygon domain satisfies some symmetry conditions. These results allow us to draw conclusions on the connection between these additional parameters and the classical parameters of the mapping.
For conformal mappings onto multiply connected circular arc polygon domains, we provide an alternative construction of the mapping formula without using the Schottky-Klein prime function. In the process of constructing our main result, mappings for domains of connectivity three or greater, we also provide a formula for conformal mappings onto doubly connected circular arc polygon domains. The comparison of these mapping formulas with already known mappings allows us to provide values for some of the parameters of the mappings onto doubly connected circular arc polygon domains if the image domain is a polygonal domain.
The different components of the mapping formula are constructed by using a slightly modified variant of the Poincaré theta series. This construction includes the design of a function to remove unwanted poles and of different versions of functions that are analytic on the domain of definition of the mapping functions and satisfy some special functional equations.
We also provide the necessary concepts to numerically evaluate the conformal mappings onto multiply connected circular arc polygon domains. As the evaluation of such a map requires the solution of a differential equation, we provide a possible configuration of curves inside the preimage domain to solve the equation along them in addition to a description of the procedure for computing either the formula for the doubly connected case or the case of connectivity three or greater. We also describe the procedures for solving the parameter problem for multiply connected circular arc polygon domains.
Ziel dieser Arbeit war es, das gesamte Lungenvolumen in hoher dreidimensionaler Auflösung mittels der MRT darzustellen. Um trotz der niedrigen Protonendichte der Lunge und der geforderten hohen Auflösung ausreichend Signal für eine verlässliche Diagnostik zu erhalten, sind Aufnahmezeiten von einigen Minuten nötig. Um die Untersuchung für den Patienten angenehmer zu gestalten oder auf Grund der eingeschränkten Fähigkeit eines Atemstopps überhaupt erst zu ermöglichen, war eine Anforderung, die Aufnahmen in freier Atmung durchzuführen. Dadurch entstehen allerdings Bewegungsartefakte, die die Diagnostik stark beeinträchtigen
und daher möglichst vermieden werden müssen. Für eine Bewegungskompensation
der Daten muss die auftretende Atembewegung detektiert werden. Die Bewegungsdetektion
kann durch externe Messgeräte (Atemgurt oder Spirometer) oder durch eine
zusätzliche Anregungen erfolgen (konventionelle Navigatoren) erfolgen. Nachteile
dieser Methoden bestehen darin, dass die Bewegung während der Atmung nicht
direkt verfolgt wird, dass elektronische Messgeräte in die Nähe des Tomographen
gebracht werden und das die Patienten zusätzlich vorbereitet und eingeschränkt
werden. Des Weiteren erfordert eine zusätzliche Anregung extra Messzeit und kann
unter Umständen die Magnetisierung auf unterwünschte Weise beeinflussen.
Um die angesprochenen Schwierigkeiten der Bewegungsdetektion zu umgehen,
wurden in dieser Arbeit innerhalb einer Anregung einer 3d FLASH-Sequenz sowohl
Bilddaten- als auch Navigatordaten aufgenommen. Als Navigator diente dabei das
nach der Rephasierung aller bildgebenden Gradienten entstehende Signal (DC Signal).
Das DC Signal entspricht dabei der Summe aller Signale, die mit einem bestimmten
Spulenelement detektiert werden können. Bewegt sich beispielsweise die Leber
bedingt durch die Atmung in den Sensitivitätsbereich eines Spulenelementes, wird
ein stärkeres DC Signal detektiert werden. Je nach Positionierung auf dem Körper
kann so die Atembewegung mit einzelnen räumlich lokalisierten Spulenelementen
nachverfolgt werden. Am DC Signalverlauf des für die Bewegungskorrektur ausgewählten
Spulenelementes sind dann periodische Signalschwankungen zu erkennen.
Zusätzlich können aus dem Verlauf Expirations- von Inspirationszuständen unterschieden
werden, da sich Endexpirationszustände im Regelfall durch eine längere
Verweildauer auszeichnen.
Grundsätzlich kann das DC Signal vor oder nach der eigentlichen Datenaufnahme
innerhalb einer Anregung aufgenommen werden. Auf Grund der kurzen Relaxationszeit
T∗2 des Lungengewebes fällt das Signal nach der RF Anregung sehr schnell ab. Um
möglichst viel Signal zu erhalten sollten, wie in dieser Arbeit gezeigt wurde, innerhalb einer Anregung zuerst die Bilddaten und danach die Navigatordaten aufgenommen
werden. Dieser Ansatz führt zu einer Verkürzung der Echozeit TE um 0.3 ms und
damit zu einem SNR Gewinn von etwa 20 %. Gleichzeitig ist das verbleibende Signal
nach der Datenakquisition und Rephasierung der bildgebenden Gradienten noch
ausreichend um die Atembewegung zu erfassen und somit eine Bewegungskorrektur
der Daten (Navigation) zu ermöglichen.
Um eine retrospektive Bewegungskorrektur durchführen zu können, müssen Akzeptanzbedingungen
(Schwellenwerte) für die Datenauswahl festgelegt werden. Bei
der Wahl des Schwellenwertes ist darauf zu achten, dass weder zu wenige noch zu
viele Daten akzeptiert werden. Akzeptiert man sehr wenige Daten, zeichnen sich die
Rekonstruktionen durch einen scharfen Übergang zwischen Lunge und Diaphragma
aus, da man sehr wenig Bewegung in den Rekonstruktionen erlaubt. Gleichzeitig
erhöht sich allerdings das Risiko, dass nach der Navigation Linien fehlen. Dies führt
zu Einfaltungsartefakten, die in Form von gestörten Bildintensitäten in den Rekonstruktionen
zu sehen sind und die diagnostische Aussagekraft einschränken. Um
Einfaltungsartefakte zu vermeiden sollte der Schwellenwert so gewählt werden, dass
nach der Datenauswahl keine Linien fehlen. Aus dieser Anforderung lässt sich ein
maximaler Schwellenwert ableiten. Akzeptiert man dagegen sehr viele Daten, zeichnen
sich die Rekonstruktionen durch erhöhtes Signal und das vermehrte Auftreten
von Bewegungsartefakten aus. In diesem Fall müsste der Arzt entscheiden, ob Bewegungsartefakte
die Diagnostik zu stark beeinflussen. Wählt man den Schwellenwert
so, dass weder Linien fehlen noch zu viel Bewegung erlaubt wird, erhält man Rekonstruktionen
die sich durch einen scharfen Diaphragmaübergang auszeichnen und in
denen noch kleinste Gefäße auch in der Nähe des Diaphragmas deutlich zu erkennen
sind. Hierfür haben sich Schwellenwerte, die zu einer Datenakzeptanz von ca. 40 %
führen als günstig erwiesen.
Um Einfaltungsartefakte auf Grund der retrospektiven Datenauswahl zu verhindern,
muss das Bildgebungsvolumen mehrfach abgetastet werden. Dadurch wird
gewährleistet, dass für die letztendliche Rekonstruktion ausreichend Daten zur Verfügung
stehen, wobei mehrfach akzeptierte Daten gemittelt werden. Dies spielt auf
Grund der niedrigen Protonendichte der Lunge eine wesentliche Rolle in der Rekonstruktion
hochaufgelöster Lungendatensätze. Weiterhin führt das Mitteln von
mehrfach akzeptierten Daten zu einer Unterdrückung der sogenannten Ghost Artefakte,
was am Beispiel der Herzbewegung in der Arbeit gezeigt wird.
Da die Messungen unter freier Atmung durchgeführt werden und keine zusätzlichen
externen Messgeräte angeschlossen werden müssen, stellte die Untersuchung
für die Patienten in dieser Arbeit kein Problem dar. Im ersten Teil dieser wurde Arbeit
gezeigt, dass sich mit Hilfe des DC Signales als Navigator und einer retrospektiven
Datenauswahl das gesamte Lungenvolumen in hoher dreidimensionaler Auflösung
von beispielsweise 1.6 x 1.6 x 4 mm3 innerhalb von 13 min. darstellen lässt. Die Anwendbarkeit der vorgestellten Methode zur Bewegungskorrektur wurde neben
Probanden auch an Patienten demonstriert.
Da wie bereits beschrieben das Bildgebungsvolumen mehrfach abgetastet werden
muss, wiederholt sich auch die Abfolge der für die Bildgebung verantwortlichen
Gradienten periodisch. Da sich der Atemzyklus aber auch periodisch wiederholt,
kann es zu Korrelationen zwischen der Atmung und den wiederholten Messungen
kommen. Dies führt dazu, dass auch nach vielen wiederholten Messungen immer
noch größere Bereiche fehlender Linien im k-Raum bleiben, was zu Artefakten in
den Rekonstruktionen führt. Dies konnte im Falle der konventionellen Bewegungskorrektur
in den Gatingmasken, die die Verteilung und Häufigkeit der einzelnen
akzeptierten Phasenkodierschritte im k-Raum zeigen, beobachtet werden.
Da eine vorsätzliche Unterbrechung der Atemperiodizität (der Patient wird dazu
angehalten, seine Atemfrequenz während der Messung absichtlich zu variieren) zur
Vermeidung der angesprochenen Korrelationen nicht in Frage kommt, musste die
Periodizität in der Datenaufnahme unterbrochen werden. In dieser Arbeit wurde
dies durch eine quasizufällige Auswahl von Phasen- und Partitionskodiergradienten
erreicht, da Quasizufallszahlen so generiert werden, dass sie unabhängig von ihrer
Anzahl einen Raum möglichst gleichförmig ausfüllen. Die quasizufällige Datenaufnahme
führt deshalb dazu, das sowohl akzeptierte als auch fehlende Linien nach der
Bewegungskorrektur homogen im k-Raum verteilt auftreten.
Vergleicht man das auftreten von Ghosting zeichnen sich die quasizufälligen Rekonstruktionen
im Vergleich zur konventionellen Datenaufnahme durch eine verbesserte
Reduktion von Ghost Artefakten aus. Dies ist auf die homogene Verteilung mehrfach
akzeptierter Linien im k-Raum zurückzuführen. Die homogenere Verteilung von
fehlenden Linien im k-Raum führt weiterhin zu einer wesentlich stabileren Rekonstruktion
fehlender Linien mit parallelen MRT-Verfahren (z.B. iterativem Grappa).
Dies wird umso deutlicher je höher der Anteil fehlender Linien im k-Raum wird. Im
Falle der konventionellen Datenaufnahme werden die zusammenhängenden Bereiche
fehlender Linien immer größer, was eine erfolgreiche Rekonstruktion mit iterativem
Grappa unmöglich macht. Im Falle der quasizufälligen Datenaufnahme dagegen
können auch Datensätze in denen 40% der Linien fehlen einfaltungsartefaktfrei
rekonstruiert werden.
Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde gezeigt, wie die Stabilität der iterativen Grappa
Rekonstruktion im Falle der quasizufälligen Datenaufnahme für eine erhebliche
Reduktion der gesamten Messzeit genutzt werden kann. So ist in einer Messzeit von
nur 74s die Rekonstruktion eines artefaktfreien und bewegungskorrigierten dreidimensionalen
Datensatzes der menschlichen Lunge mit einer Auflösung von 2 x 2 x
5 mm3 möglich. Des Weiteren erlaubt die quasizufällige Datenaufnahme in Kombination
mit iterativem Grappa die Rekonstruktion von Datensätzen unterschiedlicher
Atemphasen von Inspiration bis Expiration (4D Bildgebung). Nach einer Messzeit
von 15min. wurden 19 unterschiedliche Atemzustände rekonstruiert, wobei sich der Anteil der fehlenden Linien zwischen 0 und 20 % lag. Im Falle der konventionellen
Datenaufnahme wäre eine wesentlich längere Messzeit nötig gewesen, um ähnliche
Ergebnisse zu erhalten.
Zum Schluss soll noch ein Ausblick über mögliche Weiterentwicklungen und Anwendungsmöglichkeiten,
die sich aus den Erkenntnissen dieser Arbeit ergeben haben,
gegeben werden. So könnte das quasizufällige Aufnahmeschema um eine Dichtegewichtung
erweitert werden. Hierbei würde der zentrale k-Raum Bereich etwas
häufiger als die peripheren Bereiche akquiriert werden. Dadurch sollte die iterative
Grappa Rekonstruktion noch stabiler funktionieren und Ghost Artefakte besser reduziert
werden. Die Verteilung der Linien sollte allerdings nicht zu inhomogen werden,
um größere Lücken im k-Raum zu vermeiden.
Darüber hinaus könnte die vorgestellte Methode der Bewegungskompensation
auch für die Untersuchung anderer Organe oder Körperteile verwendet werden.
Voraussetzung wäre lediglich das Vorhandensein dezidierter Spulenanordnungen,
mit denen die Bewegung nachverfolgt werden kann. So ist beispielsweise eine dynamische
Bildgebung des frei und aktiv bewegten Knies möglich, wobei zwischen
Beugung und Streckung durch die erste Ableitung des zentralen k-Raum Signales
unterschieden werden kann. Dies kann zusätzliche Diagnoseinformationen liefern
oder für Verlaufskontrollen nach Operationen benutzt werden [15].
Eine Weiterentwicklung mit hohem klinischen Potential könnte die Kombination
der in dieser Arbeit vorgestellten retrospektiven Bewegungskorrektur mit einer Multi-
Gradienten-Echo Sequenz darstellen. Hierzu musste die bestehende Sequenz lediglich
um eine mehrfache Abfolge von Auslesegradienten innerhalb einer Anregung erweitert
werden. Dies ermöglicht eine bewegungskorrigierte voxelweise Bestimmung der
transversalen Relaxationszeit T∗2 in hoher räumlicher Auflösung. Unter zusätzlicher
Sauerstoffgabe kann es zu einer Veränderung von T∗2 kommen, die auf den sogenannten
BOLD Effekt (Blood Oxygen Level Dependent) zurückzuführen ist. Aus dieser
Änderung könnten Rückschlüsse auf hypoxische Tumorareale gezogen werden. Da
diese eine erhöhte Strahlenresistenz aufweisen, könnte auf diese Bereiche innerhalb
des Tumors eine erhöhte Strahlendosis appliziert und so möglicherweise Behandlungsmisserfolge
reduziert werden. Gleichzeitig kann durch die 4D Bildgebung eine
mögliche Tumorbewegung durch die Atmung erfasst und diese Information ebenfalls
in der Bestrahlungsplanung benutzt werden. Die Lungen MRT könnte somit um eine
hochaufgelöste dreidimensionale funktionelle Bildgebung erweitert werden.
Ziel dieser Arbeit war die Etablierung einer Prozesskette zur Herstellung anatomischer PSI aus CaPC im 3D-Pulverdruck-Verfahren. Der Modellversuch sollte die klinische Anwendung des Verfahrens simulieren und gegenüber alternativen Verfahren einordnen. Weiterhin sollten wichtige Parameter der DCP erhoben werden, um deren Eignung als KEM für PSI darzulegen.
Vier Defekte eines Kadaverschädels dienten der Prüfung der Prozesskette in Hinsicht auf Präzision und Praktikabilität des Verfahrens. Grundlage der Prozesskette waren dreidimensionale CT-Datensätze der Defektsituationen, welche eine computergestützte Rekonstruktion erlaubten. Eine eigens programmierte CAD-Software berechnete die virtuellen Entwürfe der individuellen Defektdeckungen anhand kontralateraler Strukturen. Abschließend wurden die PSI im 3D-Pulverdruck-Verfahren hergestellt und am Kadaverschädel bewertet. Zur Bewertung der DCP als geeignete KEM wurden mechanische, strukturelle und thermische Eigenschaften mit gängigen experimentellen Verfahren bestimmt. Die ermittelten Druck- und Biegefestigkeiten zeigten gute Ergebnisse für nicht bis gering lasttragende Bereiche, wie sie am Gesichts- und Hirnschädel vorliegen. Ebenso konnte die stabile Integration der Implantate durch osteosynthetische Fixierung im Schraubenausreißversuch nachgewiesen werden. Vorangegangene Untersuchungen zum klinischen Verhalten der Materialien konnten gute osteokonduktive Eigenschaften herausstellen und machen diese zu einer potentiellen Alternative zum autologen Transplantat.
Die etablierte Prozesskette zeigte eine gute Praktikabilität und Wirtschaftlichkeit im Umgang mit DCPD / DCPA. Alle Modelldefekte konnten mit PSI rekonstruiert werden. Diese zeigten eine gute Passung in der Defektregion und eine gute äußere Kontur. Für eine tatsächliche klinische Anwendung 3D-pulvergedruckter CaPC-Implantate wird eine Validierung und schließlich Zertifizierung der gesamten Prozesskette einschließlich der Herstellung der Reaktanden erforderlich. Um das Verhalten der Implantate im menschlichen Organismus bewerten zu können, wäre zunächst der Einsatz als temporäres Implantat (z. B. als Platzhalter nach Unterkieferresektion vor definitiver autologer Rekonstruktion) als sinnvolle Erstanwendung denkbar.
Die Volumentherapie durch Infusionslösungen spielt eine herausragende Rolle im klinischen Alltag von Intensivmedizin, perioperativer Medizin und Notfallmedizin. Für diesen Zweck stehen verschiedene kristalloide und kolloidale Infusionslösungen zur Verfügung. Das in Deutschland am häufigsten eingesetzte Kolloid ist die Hydroxyethylstärke (HES). Dessen Stellenwert ist stark umstritten. Insbesondere die Wirkung von Hydroxyethylstärke auf die für den kritisch Kranken eine zentrale Rolle spielende Niere gilt als zentrales Problem. Die vorliegende Arbeit untersuchte aufbauend auf die in vivo-Versuche von Schick et al. die Auswirkungen klinisch relevanter Dosierungen von Hydroxyethylstärke und anderen Infusionslösungen (Gelatine, Humanalbumin, 0,9% NaCl, Sterofundin® ISO) auf die Viabilität von immortalisierten humanen proximalen Tubulusepithelzellen (HK-2). Im Anschluss wurde die Relevanz des pH - Wertes, der Osmolalität, der Trägerlösung, des Molekülursprungs, der Molekülgröße, der HES - Generation und der Inkubationsdauer auf die von HES ausgelösten Effekte geprüft. Danach wurde gezeigt, ob der beobachtete Effekt reversibel war, ob es sich um ein direkt zytotoxisches Phänomen handelte, ob die HES _ Wirkung durch proinflammatorische Stimuli verstärkt und ob HES selbst eine Inflammation auf mRNA - Ebene induzieren konnte. HES bewirkte keine proinflammatorische Stimulation der Zellen und wird durch die Anwesenheit proinflammatorischer Stimuli in seiner schädigenden Wirkung nicht verstärkt. Die mitochondriale Leistungsfähigkeit als Schlüsselaspekt des kritisch Kranken wurde durch den EZ4U („Viabilität“) bestimmt. Ein Messartefakt konnte nicht identifiziert werden. HES reduziert mit steigender Dosis die Viabilität der HK - 2 Zellen in deutlichem Ausmaß, obwohl die Zellen immortalisiert und nicht vorgeschädigt waren. Diese Reduktion erfolgte durch alle untersuchten HES - Präparate. Dabei war niedermolekulares HES leicht weniger schädlich als hochmolekulares HES. Der HES - Effekt war unmittelbar nach Beginn der Inkubation nachweisbar. Der Viabilitätsreduktion stand eine verzögert einsetzende Zytoxoxizität gegenüber. Der HES - Effekt war auch nach einer „Regenerationsphase“ der Zellen nachweisbar und somit in vitro nur partiell reversibel. Gelatine erwies sich im Vergleich als ebenso bis schlechter verträglich. Gelatine war deutlich zytotoxischer. Humanalbumin zeigte in niedrigen Dosierungen protektive, in hohen Dosierungen ebenfalls negative Einfluss auf Zellviabilität und war in höheren Dosierungen zytotoxisch. Die balancierte Vollelektrolytlösung Sterofundin® ISO war größtenteils inert, in seiner Wirkung auf die mRNA im Vergleich zur 0,9% NaCl Kontrolllösung protektiv. Zusammenfassend konnte eine Übergelegenheit des HES der „3. Generation“ gegenüber anderen HES - Präparaten nicht gefunden werden. Alles deutete darauf hin, dass ausschließlich die applizierte Gesamtmasse von HES ausschlaggebend ist. Synthetische Kolloide sind in vitro nephrotoxisch und beeinträchtigen die mitochondriale Funktionsf ähigkeit deutlich. Diese Beobachtungen entsprechen denen großer klinischer Studien. Die Ursache dieses Phänomens bleibt unklar. Weitere Grundlagenforschung ist notwendig, um den zugrundeliegenden Pathomechanimus aufzuklären.
In dieser post-hoc Analyse der 4D Studie wurde evaluiert, in welchem Maße endotheliale Dysfunktion und Inflammation für die deutlich erhöhte kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität terminal niereninsuffizienter Patienten verantwortlich sind. Das untersuchte Patientenkollektiv bestand aus 1255 Hämodialyse-Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2, die multizentrisch, randomisiert und kontrolliert mit 20 mg Atorvastatin pro Tag oder Placebo behandelt wurden. Nutzen und Risiken dieser Therapie in Hinblick auf den primären Endpunkt bestehend aus kardialem Tod, Myokardinfarkt und Schlaganfall wurden über einen medianen follow-up Zeitraum von vier Jahren evaluiert. Bei diesem Kollektiv wurden die Biomarker ADMA, SDMA, H-Arginin und SCRP gemessen und mit Hilfe eines multivariaten Cox-Regressionsmodells hinsichtlich ihres prädiktiven Wertes in Bezug auf Schlaganfall und kardiovaskuläre Ereignisse untersucht. SCRP wurde zusätzlich in Relation zu dem traditionellen kardiovaskulären Biomarker LDL-Cholesterin analysiert und der Einfluss von Atorvastatin auf die untersuchten Marker erforscht.
Im Folgenden werden die wichtigsten Ergebnisse zusammengefasst.
Patienten der zweiten Quartile (ADMA >0,77 bis ≤0,86 µmol L-1) hatten ein um 66% höheres Risiko einen Myokardinfarkt (HR 1.66, 95% KI 1.12-2.46) und ein um 36% höheres Risiko den kombinierten kardiovaskulären Endpunkt zu erreichen (HR 1.36, 95% KI 1.05-1.77) als Patienten der ersten Quartile (ADMA ≤0,77 µmol L-1).
SDMA war mit einer erhöhten Inzidenz von Schlaganfällen verbunden. Das Risiko einen Schlaganfall zu erleiden war für Patienten aus Quartile 3 (SDMA >2,45 bis ≤2,96 µmol L-1) um 125% (HR 2.25, 95% KI 1.24-4.11) und für Patienten aus Quartile 4 (SDMA >2,96 µmol L-1) um 90% (HR 1.89, 95% KI 1.02-3.53) höher als für Patienten aus Quartile 1.
In Abhängigkeit des H-Arginin-Wertes sank das Risiko des plötzlichen Herztodes und der Gesamtmortalität: Patienten in Quartile 4 (>1,4 µmol L-1) hatten ein um 51% niedrigeres Risiko an plötzlichem Herztod zu versterben als Patienten in Quartile 1 (≤0,87 µmol L-1) (HR 0.49, 95% KI 0.29-0.85). Das Risiko der Gesamtmortalität war in Quartile 3 (>1,1 bis ≤1,4 µmol L-1) (HR 0.78, 95% KI 0.62-0.99) und 4 (HR 0.65, 95% KI 0.50-0.84) im Vergleich zu Quartile 1 am niedrigsten.
Sensitives CRP als Baseline-Parameter wurde als Prädiktor für den kombinierten kardiovaskulären Endpunkt (HR 1.10, 95% KI 1.01-1.18) und die Gesamtmortalität (HR 1.25, 95% KI 1.17-1.33) identifiziert. Ebenso war der Mittelwert zweier Messungen mit einem erhöhten kardiovaskulären Risiko assoziiert: Das Risiko einen Schlaganfall (HR 1.20, 95% KI 1.01-1.42) oder den plötzlichen Herztod (HR 1.20, 95% KI 1.05-1.37) zu erleiden stieg um 20% pro Einheit Anstieg in logarithmisch-transformiertem CRP, das den kombinierten kardiovaskulären Endpunkt zu erreichen um 10% (HR 1.10, 95% KI 1.02-1.20) und die Gesamtmortalität um 30% (HR 1.30, 95% KI 1.21-1.39). Patienten, deren SCRP-Wert initial unterhalb des Medians von 5 mg L-1 lag und im Verlauf um mehr als 100% anstieg, hatten ein um mehr als 4fach erhöhtes Risiko einen Schlaganfall zu erleiden (HR 4.07, 95% KI 1.20-13.78) und ein um mehr als 60% erhöhtes Risiko zu versterben (HR 1.63, 95% KI 1.08-2.45) als Patienten, deren SCRP im Verlauf um 47,3% fiel.
LDL in Kombination mit SCRP zeigte sich hier nicht prädiktiv für kardiovaskuläre Ereignisse.
Die Atorvastatin-Behandlung beeinflusste außer dem LDL-Cholesterin keinen der untersuchten Parameter. In der Subgruppe der Patienten mit den höchsten CRP-Werten fand sich eine erhöhte Schlaganfallinzidenz unter denen, die mit Atorvastatin behandelt wurden.
Insgesamt stellen hohes SDMA und SCRP als Verlaufsparameter im Gegensatz zu ADMA und H-Arginin unabhängige Prädiktoren für das Auftreten von Schlaganfällen bei Hämodialyse-Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2 dar.
Natrium ist mit verschiedenen physiologischen Prozessen verbunden und spielt insbesondere in der Blutdruckregulation sowie in der Entstehung eines essentiellen Hypertonus eine bedeutende Rolle. Die täglich konsumierte Natriummenge der Gegenwart übersteigt den physiologisch notwendigen Natriumbedarf sowie den von den Fachgesellschaften empfohlenen Referenzwerten bedeutend. Exzessiver Natriumkonsum bei gleichzeitigem Vorliegen eines Bluthochdrucks erhöht das kardiovaskuläre Risiko beträchtlich. Eine Konsumbeschränkung in Verbindung mit adäquatem Blutdruckmanagment wird von zahlreichen Fachgesellschaften empfohlen. Zum Zeitpunkt der Untersuchung ist weitestgehend ungeklärt, ob Bluthochdruck im Alter sowie ein exzessiver Natriumkonsum mit oder ohne begleitendem Hypertonus die kognitive Funktionsfähigkeit beeinträchtigt.
Anhand der Daten der Women’s Health Initiative Memory Study, konnte vorliegende Arbeit einen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Vorliegen eines Bluthochdrucks und dem Auftreten milder kognitiver Beeinträchtigung bei postmenopausalen Frauen ≥ 60 Jahre zeigen. Gleichzeitig weist vorliegende Untersuchung auf einen möglichen Zusammenhang zwischen erhöhtem Natriumkonsum und spätere kognitive Funktionsfähigkeit bei hypertensiven Frauen hin. Während eine natriumarme Ernährung das Risiko für kognitiven Abbau bei hypertensiven Individuen nicht erhöhte, wurde eine Assoziation zwischen natriumreicher Ernährung und einem gesteigerten Risiko für kognitive Verschlechterung beobachtet. Allerdings waren diese Ergebnisse nicht signifikant und bedürfen weiterer Überprüfung. Auswirkungen einer natriumreichen Ernährung auf die kognitive Funktionsfähigkeit bei normotensiven Frauen wurden nicht gefunden.
Die Resultate dieser Untersuchung unterstreichen den über die kardiovaskuläre Prävention hinaus reichenden Stellenwert einer adäquaten Blutdruckregulation im Allgemeinen sowie einer Natriumrestriktion bei hypertensiven Individuen im Besonderen zum Erhalt kognitiver Funktionsfähigkeit.
Aufbauend auf dem Konzept der C/Si-Bioisosterie beschreibt die vorliegende Arbeit die Synthese und biologische Charakterisierung siliciumorganischer Wirkstoffe sowie Beiträge zur Synthese von siliciumorganischen Synthese-Bausteinen unter Verwendung der Silicium-Schutzgruppen MOP (4-Methoxyphenyl), DMOP (2,6-Dimethoxyphenyl) und TMOP (2,4,6-Trimethoxyphenyl). Die entsprechenden Zielverbindungen sowie alle isolierten Zwischenstufen wurden durch NMR-Spektroskopie in Lösung (1H, 13C, 29Si) und Elementaranalyse (C, H, N) bzw. HRMS-Analytik (ESI) charakterisiert. Zusätzlich konnte in einigen Fällen eine strukturelle Charakterisierung durch Einkristall-Röntgenstrukturanalyse realisiert werden.
In dieser Arbeit werden die Wechselwirkungen zwischen der Oberfläche von Kohlenstoffnanoröhren und verschiedenen Dispergierreagenzien anhand der Photolumineszenz (PL) der (6,5)-Nanoröhren untersucht. Um den Einfluss der verschiedenen Reagenzien auf die exzitonischen Eigenschaften und die PL-Emission zu quantifizieren, wurden die Dispergierreagenzien ausgetauscht, die Temperaturabhängigkeit bestimmt und die Konzentration der Reagenzien variiert.
Die Dispergierreagenzien eines immobilisierten, SC-stabilisierten (6,5)-SWNT-Ensembles wurden im Mikrofluidikkanal ausgetauscht. Wird der Kanal mit Wasser gespült, verringern sich die PL-Intensität und die Emissionsenergie, da der Wasserfluss die Tensidmoleküle von der Oberfläche entfernt. Beim Austausch einer DOC-Umgebung gegen Wasser nimmt die PL-Intensität ebenfalls ab und die PL-Emissionsenergie verringert sich. Die Austauschexperimente verlaufen reversibel und der instantane Anstieg der Emissionsenergie bei der Tensidadsorption weist auf eine kooperative Anlagerung hin. Deshalb ist anzunehmen, dass sich Tensid-SWNT-Heteromizellen ausbilden.
Anschließend werden die Emissionsenergie und die PL-Intensität in verschiedenen Dispergierreagenzien und in Wasser verglichen. Die größte Emissionsenergie und PL-Intensität werden während des Wechsels von einer SDS- zu einer (GT)16-Lösung gemessen. Dies kann auf die lückenlose Bedeckung der SWNT-Oberfläche mit einer heterogenen Schicht aus SDS-Molekülen und (GT)16-Strängen zurückgeführt werden. In reiner SDS-Umgebung emittieren die Nanoröhren Licht mit der zweithöchsten Energie, aber die PL-Intensität liegt unter der in einer SC-Umgebung. Die Emissionsenergie in der SC-Umgebung ist geringer und davon abhängig, ob die SWNTs bereits mit (GT)16-Strängen stabilisiert waren, da dies eine permanente Rotverschiebung der Emissionsenergie in der SC-Umgebung sowie eine verringerte PL-Intensität verursacht. In wässriger Umgebung verringert sich nach erfolgtem (GT)16-Kontakt die PL-Intensität dauerhaft.
Danach wurde die Anlagerung von Tensidmolekülen an die (6,5)-SWNT-Oberfläche in Suspensionen mit der Temperatursprungmethode untersucht. Die Temperatur im Mikrofluidikkanal wurde anhand der linearen Abnahme der Emissionsenergie SC- und DOC-stabilisierter SWNTs mit steigender Temperatur bestimmt. Die Suspensionstemperatur ist in den verschiedenen Temperatursprungexperimenten unabhängig von der Messposition im Mikrofluidikkanal und wird durch die absolute Position auf den Peltier-Elementen bestimmt. Zudem stimmen die im Kanal gemessenen Temperaturen für SC- und DOC-stabilisierte (6,5)-SWNTs überein, weshalb in diesem Experiment nicht die erwartete Einstellung eines Gleichgewichts wie in einem Temperatursprungexperiment der Fall, sondern die Momentantemperatur gemessen wird.
Die schnelle Gleichgewichtseinstellung zwischen freien und auf der SWNT-Oberfläche adsorbierten Tensidmolekülen beim Temperatursprung zeigt, dass die SC- und DOC-(6,5)-SWNT-Suspensionen thermochrome Farbstoffe sind. Wegen der Temperaturabhängigkeit der Emissionsenergie ist es bei wissenschaftlichen Arbeiten wichtig, neben dem verwendeten Dispergierreagenz auch die Temperatur der SWNT-Suspension anzugeben.
Abschließend wurden die kritischen Mizellenkonzentrationen von Tensid-SWNT-Suspensionen in Verdünnungsexperimenten und daraus die thermodynamischen Bildungsparameter der Tensid-SWNT-Heteromizellen ermittelt. In der temperaturabhängigen Analyse der SC-SWNT-Mizellenbildung wird ein konstanter Hill-Koeffizient erhalten, der die Mizellenbildung als positiv kooperativ klassifiziert. Für die Bestimmung der Freien Mizellierungsenthalpie wurden nur die CMCs aus den Verdünnungsexperimenten verwendet, da die Mizellenbildung bei der Aufkonzentration teils kinetisch gehemmt ist. Da die Freie Mizellierungsenthalpie bei allen Temperaturen negativ ist, stabilisiert die Bildung der Heteromizellen das System. Die Triebkraft für die Mizellenbildung ist über 322 K die Enthalpie, während unterhalb von 316 K der Entropiegewinn dominiert. Die Verdünnung einer DOC-SWNT-Suspension zeigt keine Änderung der Emissionsenergie, obwohl dabei sowohl die primäre als auch die sekundäre CMC von DOC unterschritten werden.
Zuletzt wurden die Verdünnungsexperimente mit einer SDS-SWNT-Suspension durchgeführt und die thermodynamischen Parameter der Mizellenbildung bestimmt. Da auf die Auflösung der Mizellenstruktur direkt die Aggregation der SWNTs folgt, wurde für die Ermittlung der CMC näherungsweise die Konzentration am Maximum der Emissionsenergie verwendet. Daraus ergibt sich bei jeder Temperatur eine negative Freie Mizellierungsenthalpie, deren Beiträge analog zu SC bei kleineren Temperaturen als 323 K entropisch und bei höheren Temperaturen enthalpisch dominiert werden.
Somit ermöglichen die Experimente mit SC- und SDS-SWNT-Suspensionen die temperaturabhängige Bestimmung der CMC und damit die Berechnung der Freien Mizellierungsenthalpie sowie der zugehörigen enthalpischen und entropischen Beiträge.
The oncogenic MYC protein is a transcriptional regulator of multiple cellular processes and is aberrantly activated in a wide range of human cancers. MYC is an unstable protein rapidly degraded by the ubiquitin-proteasome system. Ubiquitination can both positively and negatively affect MYC function, but its direct contribution to MYC-mediated transactivation remained unresolved.
To investigate how ubiquitination regulates MYC activity, a non-ubiquitinatable MYC mutant was characterized, in which all lysines are replaced by arginines (K-less MYC). The absence of ubiquitin-acceptor sites in K-less MYC resulted in a more stable protein, but did not affect cellular localization, chromatin-association or the ability to interact with known MYC interaction partners.
Unlike the wild type protein, K-less MYC was unable to promote proliferation in immortalized mammary epithelial cells. RNA- and ChIP-Sequencing analyses revealed that, although K-less MYC was present at MYC-regulated promoters, it was a weaker transcriptional regulator. The use of K-less MYC, a proteasomal inhibitor and reconstitution of individual lysine residues showed that proteasomal turnover of MYC is required for MYC target gene induction. ChIP-Sequencing of RNA polymerase II (RNAPII) revealed that MYC ubiquitination is dispensable for RNAPII recruitment and transcriptional initiation but is specifically required to promote transcriptional elongation. Turnover of MYC is required to stimulate histone acetylation at MYC-regulated promoters, which depends on a highly conserved region in MYC (MYC box II), thereby enabling the recruitment of BRD4 and P-TEFb and the release of elongating RNAPII from target promoters. Inhibition of MYC turnover enabled the identification of an intermediate in MYC-mediated transactivation, the association of MYC with the PAF complex, a positive elongation factor, suggesting that MYC acts as an assembly factor transferring elongation factors onto RNAPII. The interaction between MYC and the PAF complex occurs via a second highly conserved region in MYC’s amino terminus, MYC box I.
Collectively, the data of this work show that turnover of MYC coordinates histone acetylation with recruitment and transfer of elongation factors on RNAPII involving the cooperation of MYC box I and MYC box II.