610 Medizin und Gesundheit
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- Center for Interdisciplinary Clinical Research, Würzburg University, Würzburg, Germany (2)
ResearcherID
- D-1221-2009 (1)
Die distale Radiusfraktur gehört zu den häufigsten Frakturen in Deutschland mit einem Inzidenzanstieg im Alter unter Betonung des weiblichen Geschlechts. Dabei zeigt sich ein zunehmender Trend in Richtung operative Versorgung, allen voran die Versorgung mittels winkelstabiler Plattensysteme. Instabile, distale Radiusfrakturen werden dabei vor geplanter operativer Versorgung im Rahmen der Initialbehandlung üblicherweise geschlossen reponiert und im Gipsverband retiniert. Ziel der vorliegenden monozentrischen, prospektiv randomisierten Studie mit zwei Studiengruppen war es herauszufinden, ob sich das Unterlassen der Reposition vor geplanter Operation nachteilig auf das Schmerzniveau in der präoperativen Phase auswirkt und ob sich durch die Dislokation Nachteile in Bezug auf den Nervus medianus im Sinne eines Traktionsschadens sowie bezüglich des klinisch-radiologischen Ausheilungsergebnisses zeigen.
Die Studie zeigte, dass das Schmerzempfinden während der präoperativen Gipsbehandlung unabhängig von einer vorherigen Reposition war. Für den primären Endpunkt an Tag 1 nach der Akutbehandlung konnte statistisch signifikante Nichtunterlegenheit der Gruppe ohne Reposition gegenüber der Gruppe mit Reposition nachgewiesen werden. Gleiches galt für Tag 2, sowohl für die absoluten Schmerzniveaus als auch für die Schmerzlinderung.
Das Unterlassen der Reposition hatte zudem keine nachteiligen Effekte auf den Nervus medianus.
Gleiches zeigte sich für das klinische und radiologische Ausheilungsergebnis. Für die funktionellen DASH- und Krimmer-Scores konnte ein Jahr postoperativ ebenfalls statistisch signifikante Nichtunterlegenheit der Gruppe ohne Reposition nachgewiesen werden.
Diese Erkenntnisse bestätigen die in der Literatur vorhandenen Ergebnisse verschiedener Studien dahingehend, dass das Unterlassen der Reposition keine nachteiligen Effekte auf das postoperative Outcome hat. Einige Studien verdeutlichen zudem, dass es nach Reposition, insbesondere bei Vorliegen gewisser Risiko- und Instabilitätsfaktoren, ohnehin zur sekundären Dislokation kommt, sodass die generelle Notwendigkeit der Reposition vor Gipsanlage sowohl vor einer operativen als auch vor einer konservativen Weiterbehandlung angezweifelt werden
muss.
Among the defense strategies developed in microbes over millions of years, the innate adaptive CRISPR-Cas immune systems have spread across most of bacteria and archaea. The flexibility, simplicity, and specificity of CRISPR-Cas systems have laid the foundation for CRISPR-based genetic tools. Yet, the efficient administration of CRISPR-based tools demands rational designs to maximize the on-target efficiency and off-target specificity. Specifically, the selection of guide RNAs (gRNAs), which play a crucial role in the target recognition of CRISPR-Cas systems, is non-trivial. Despite the fact that the emerging machine learning techniques provide a solution to aid in gRNA design with prediction algorithms, design rules for many CRISPR-Cas systems are ill-defined, hindering their broader applications.
CRISPR interference (CRISPRi), an alternative gene silencing technique using a catalytically dead Cas protein to interfere with transcription, is a leading technique in bacteria for functional interrogation, pathway manipulation, and genome-wide screens. Although the application is promising, it also is hindered by under-investigated design rules. Therefore, in this work, I develop a state-of-art predictive machine learning model for guide silencing efficiency in bacteria leveraging the advantages of feature engineering, data integration, interpretable AI, and automated machine learning. I first systematically investigate the influential factors that attribute to the extent of depletion in multiple CRISPRi genome-wide essentiality screens in Escherichia coli and demonstrate the surprising dominant contribution of gene-specific effects, such as gene expression level. These observations allowed me to segregate the confounding gene-specific effects using a mixed-effect random forest (MERF) model to provide a better estimate of guide efficiency, together with the improvement led by integrating multiple screens. The MERF model outperformed existing tools in an independent high-throughput saturating screen. I next interpret the predictive model to extract the design rules for robust gene silencing, such as the preference for cytosine and disfavoring for guanine and thymine within and around the protospacer adjacent motif (PAM) sequence. I further incorporated the MERF model in a web-based tool that is freely accessible at www.ciao.helmholtz-hiri.de.
When comparing the MERF model with existing tools, the performance of the alternative gRNA design tool optimized for CRISPRi in eukaryotes when applied to bacteria was far from satisfying, questioning the robustness of prediction algorithms across organisms. In addition, the CRISPR-Cas systems exhibit diverse mechanisms albeit with some similarities. The captured predictive patterns from one dataset thereby are at risk of poor generalization when applied across organisms and CRISPR-Cas techniques. To fill the gap, the machine learning approach I present here for CRISPRi could serve as a blueprint for the effective development of prediction algorithms for specific organisms or CRISPR-Cas systems of interest. The explicit workflow includes three principle steps: 1) accommodating the feature set for the CRISPR-Cas system or technique; 2) optimizing a machine learning model using automated machine learning; 3) explaining the model using interpretable AI. To illustrate the applicability of the workflow and diversity of results when applied across different bacteria and CRISPR-Cas systems, I have applied this workflow to analyze three distinct CRISPR-Cas genome-wide screens. From the CRISPR base editor essentiality screen in E. coli, I have determined the PAM preference and sequence context in the editing window for efficient editing, such as A at the 2nd position of PAM, A/TT/TG downstream of PAM, and TC at the 4th to 5th position of gRNAs. From the CRISPR-Cas13a screen in E. coli, in addition to the strong correlation with the guide depletion, the target expression level is the strongest predictor in the model, supporting it as a main determinant of the activation of Cas13-induced immunity and better characterizing the CRISPR-Cas13 system. From the CRISPR-Cas12a screen in Klebsiella pneumoniae, I have extracted the design rules for robust antimicrobial activity across K. pneumoniae strains and provided a predictive algorithm for gRNA design, facilitating CRISPR-Cas12a as an alternative technique to tackle antibiotic resistance.
Overall, this thesis presents an accurate prediction algorithm for CRISPRi guide efficiency in bacteria, providing insights into the determinants of efficient silencing and guide designs. The systematic exploration has led to a robust machine learning approach for effective model development in other bacteria and CRISPR-Cas systems. Applying the approach in the analysis of independent CRISPR-Cas screens not only sheds light on the design rules but also the mechanisms of the CRISPR-Cas systems. Together, I demonstrate that applied machine learning paves the way to a deeper understanding and a broader application of CRISPR-Cas systems.
Evaluierung prognostischer und prädiktiver Biomarker beim neoadjuvant vorbehandelten Rektumkarzinom
(2024)
Fragestellung. Osteopontin (OPN) kann im Blut nachgewiesen werden und wird bei vielen Tumorentitäten exprimiert, wie auch der Tyrosinkinaserezeptor c-Met und sein Ligand, das Zytokin Hepatocyte Growth Factor (HGF). In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir die prognostische und prädiktive Wertigkeit der Plasmakonzentrationen von OPN, c-Met und HGF bei Patienten mit lokal fortgeschrittenem Rektumkarzinom (LARC).
Methodik. Das Plasma von 63 Patienten mit LARC wurde untersucht. Die Blutentnahmen (EDTA-Plasma) erfolgten vor Therapiebeginn sowie im Verlauf. Die Plasmaspiegel von OPN, c-Met und HGF wurden mittels Enzyme-Linked Immunosorbent Assay analysiert. Die Konzentrationen wurden auf eine Korrelation mit den klinischen Parametern untersucht.
Ergebnisse. 68 Patienten wurden neoadjuvant mit einer Radiochemotherapie behandelt, 63 Blutproben wurden untersucht. Initial befanden sich nach UICC 14 Patienten in Stadium II, 47 in Stadium III und 7 in Stadium IV. Das mediane Follow-Up betrug 29,87 Monate. 20 der 68 Patienten (29,4 %) verstarben, 19 entwickelten Fernmetastasen. OPN korrelierte signifikant mit dem Überleben (p=0,001). OPN-Werte korrelierten mit dem pT-Stadium (R:0,445 p=0,018) und dem pUICC-Stadium (R:0,412 p=0,018), sowie mit dem Auftreten von Fernmetastasen (R:0,271 p=0,031). Eine Korrelation zwischen OPN und dem Therapieansprechen konnte gezeigt werden: pathologisch komplette Remission (pCR) (R:0,379 p=0,001), NAR-Score (R:0,373 p=0,015), TRG (R:0,380 p=0,020). Die logistische Regressionsanalyse ergab eine Prädiktivität OPNs für pCR (OR:0,990 p=0,009), NAR-Score (OR:1,008 p=0,007), TRG (OR:0,459 p=0,008). C-Met und HGF korrelierten nicht mit dem Überleben. Für c-Met und HGF ergab sich keine Korrelation zu initialen klinischen Daten und Therapieansprechen. Die logistische Regression ergab keinen prädiktiven Wert.
Schlussfolgerung. Die Plasmakonzentration von OPN besitzt prognostische und prädiktive Wertigkeit beim LARC. Die Konzentrationen von c-Met und HGF sind nicht prognostisch für das Überleben oder prädiktiv für das Therapieansprechen.
There is a great need for valuable ex vivo models that allow for assessment of cartilage repair strategies to reduce the high number of animal experiments. In this paper we present three studies with our novel ex vivo osteochondral culture platform. It consists of two separated media compartments for cartilage and bone, which better represents the in vivo situation and enables supply of factors pecific to the different needs of bone and cartilage. We investigated whether separation of the cartilage and bone compartments and/or culture media results in the maintenance of viability, structural and functional properties of cartilage tissue. Next, we valuated for how long we can preserve cartilage matrix stability of osteochondral explants during long-term culture over 84 days. Finally, we determined the optimal defect size that does not show spontaneous self-healing in this culture system. It was demonstrated that separated compartments for cartilage and bone in combination with tissue-specific medium allow for long-term culture of osteochondral explants while maintaining cartilage viability, atrix tissue content, structure and mechanical properties for at least 56 days. Furthermore, we could create critical size cartilage defects of different sizes in the model. The osteochondral model represents a valuable preclinical ex vivo tool for studying clinically relevant cartilage therapies, such as cartilage biomaterials, for their regenerative potential, for evaluation of drug and cell therapies, or to study mechanisms of cartilage regeneration. It will undoubtedly reduce the number of animals needed for in vivotesting.
Hintergrund
Ein neues Rahmenkonzept hat die flexible Ableitung und Nutzung von rheumatologischen Schulungsprogrammen für unterschiedliche Versorgungsbereiche ermöglicht. Auf dieser Grundlage wurde eine 5‑stündige Basisschulung für Patienten mit rheumatoider Arthritis (RA) entwickelt, es wurden rheumatologische Fachärzte und Psychologen trainiert, und dann wurde die Wirksamkeit nach dem Wirkmodell der Patientenschulung evaluiert.
Methoden
Mit dem Studiendesign einer extern randomisierten Wartekontrollgruppenstudie mit 3 Messzeitpunkten wurde geprüft, wie sich die 5‑stündige Basisschulung auf das Erkrankungs- und Behandlungswissen sowie auf die Gesundheitskompetenz von RA-Patienten (n = 249) auswirkt. Weitere Fragen betrafen Einstellungsparameter, Kommunikationskompetenz, Erkrankungsauswirkungen und die Zufriedenheit mit der Schulung. Die Auswertungen erfolgten auf Intention-to-treat-Basis mit Kovarianzanalysen für die Hauptzielgrößen unter Berücksichtigung des Ausgangswertes.
Ergebnisse
Die Analysen zeigen, dass die Basisschulung RA wirksam ist. Noch 3 Monate nach der Schulung verfügten die Schulungsteilnehmer über mehr Wissen und Gesundheitskompetenz als die Wartekontrollgruppe mit kleinem bis mittelgroßem Effekt (d = 0,37 bzw. 0,38). In den Nebenzielgrößen zeigten sich mit Ausnahme der Krankheitskommunikation keine weiteren Schulungseffekte.
Diskussion
Die Basisschulung bietet eine gute Grundlage, auf der weitere Interventionen zur Verbesserung von Einstellungs- und Erkrankungsparametern aufbauen können. Sie eignet sich damit als zentraler Baustein für die rheumatologische Versorgung auf verschiedenen Ebenen.
Background
Deregulated expression of MYC is a driver of colorectal carcinogenesis, suggesting that decreasing MYC expression may have significant therapeutic value. CIP2A is an oncogenic factor that regulates MYC expression. CIP2A is overexpressed in colorectal cancer (CRC), and its expression levels are an independent marker for long-term outcome of CRC. Previous studies suggested that CIP2A controls MYC protein expression on a post-transcriptional level.
Methods
To determine the mechanism by which CIP2A regulates MYC in CRC, we dissected MYC translation and stability dependent on CIP2A in CRC cell lines.
Results
Knockdown of CIP2A reduced MYC protein levels without influencing MYC stability in CRC cell lines. Interfering with proteasomal degradation of MYC by usage of FBXW7-deficient cells or treatment with the proteasome inhibitor MG132 did not rescue the effect of CIP2A depletion on MYC protein levels. Whereas CIP2A knockdown had marginal influence on global protein synthesis, we could demonstrate that, by using different reporter constructs and cells expressing MYC mRNA with or without flanking UTR, CIP2A regulates MYC translation. This interaction is mainly conducted by the MYC 5′UTR.
Conclusions
Thus, instead of targeting MYC protein stability as reported for other tissue types before, CIP2A specifically regulates MYC mRNA translation in CRC but has only slight effects on global mRNA translation. In conclusion, we propose as novel mechanism that CIP2A regulates MYC on a translational level rather than affecting MYC protein stability in CRC.
Formation and treatment of biofilms present a great challenge for health care and industry. About 80% of human infections are associated with biofilms including biomaterial centered infections, like infections of prosthetic heart valves, central venous catheters, or urinary catheters. Additionally, biofilms can cause food and drinking water contamination. Biofilm research focusses on application of experimental biofilm models to study initial adherence processes, to optimize physico-chemical properties of medical materials for reducing interactions between materials and bacteria, and to investigate biofilm treatment under controlled conditions. Exploring new antimicrobial strategies plays a key role in a variety of scientific disciplines, like medical material research, anti-infectious research, plant engineering, or wastewater treatment. Although a variety of biofilm models exist, there is a lack of standardization for experimental protocols, and designing experimental setups remains a challenge. In this study, a number of experimental parameters critical for material research have been tested that influence formation and stability of an experimental biofilm using the non-pathogenic model strain of Pseudomonas fluorescens. These parameters include experimental time frame, nutrient supply, inoculum concentration, static and dynamic cultivation conditions, material properties, and sample treatment during staining for visualization of the biofilm. It was shown, that all tested parameters critically influence the experimental biofilm formation process. The results obtained in this study shall support material researchers in designing experimental biofilm setups.
Abstract
To compare intravenous contrast material (CM) injection protocols for dual-energy CT pulmonary angiography (CTPA) in patients with suspected acute pulmonary embolism with regard to image quality and pulmonary perfused blood volume (PBV) values. A total of 198 studies performed with four CM injection protocols varying in CM volume and iodine delivery rates (IDR) were retrospectively included: (A) 60 ml at 5 ml/s (IDR = 1.75gI/s), (B) 50 ml at 5 ml/s (IDR = 1.75gI/s), (C) 50 ml at 4 ml/s (IDR = 1.40gI/s), (D) 40 ml at 3 ml/s (IDR = 1.05gI/s). Image quality and PBV values at different resolution settings were compared. Pulmonary arterial tract attenuation was highest for protocol A (397 ± 110 HU; p vs. B = 0.13; vs. C = 0.02; vs. D < 0.001). CTPA image quality of protocol A was rated superior compared to protocols B and D by reader 1 (p = 0.01; < 0.001), and superior to protocols B, C and D by reader 2 (p < 0.001; 0.02; < 0.001). Otherwise, there were no significant differences in CTPA quality ratings. Subjective iodine map ratings did not vary significantly between protocols A, B, and C. Both readers rated protocol D inferior to all other protocols (p < 0.05). PBV values did not vary significantly between protocols A and B at resolution settings of 1, 4 and 10 (p = 0.10; 0.10; 0.09), while otherwise PBV values displayed a decreasing trend from protocol A to D (p < 0.05). Higher CM volume and IDR are associated with superior CTPA and iodine map quality and higher absolute PBV values.