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The introductory chapter reviews the current state of mechanistic understanding of the hexadehydro-Diels-Alder (HDDA) reaction. With the rapid development of the HDDA reaction from its first discovery in 1997, the question of whether a concerted or stepwise mechanism better describes the thermally activated formation of ortho-benzyne from a diyne and a diynophile has been debated. Mechanistic and kinetic investigations were able to show that this is not a black or white situation, as minor changes can tip the balance. In chapter 2 of this thesis, the catalytic process leading from 1,11-bis(p-tolyl)undeca-1,3,8,10-tetrayne to fully-substituted naphthalene and azulene derivatives, by two different platinum-catalyzed dimerization pathways, was investigated. In chapter 3, the cannibalistic self-trapping reaction of an ortho-benzyne derivative generated from 1,11-bis(p-tolyl)undeca-1,3,8,10-tetrayne in an HDDA reaction was investigated. Without adding any specific trapping agent, the highly reactive benzyne is trapped by another bisdiyne molecule in at least three different modes. In chapter 4 direct UV/VIS spectroscopic evidence for the existence of an o-benzyne in solution is reported, and the dynamics of its formation in a photo-induced reaction are established. For this purpose, 1,11-bis(p-tolyl)undeca-1,3,8,10-tetrayne was investigated, using femtosecond transient absorption spectroscopy in the ultraviolet/visible region. In chapter 5, following the isolation and characterization of the reaction products discussed in chapter 3, further species resulting from reactions of the highly reactive ortho-benzyne derivative were identified.
Die Entwicklung des Schädeldachs beginnt beim Menschen bereits in der frühen Embryogenese und ist erst im Erwachsenenalter abgeschlossen. Das Wachstum der Schädelknochen muss sich während der Entwicklung fortwährend dem Gehirnwachstum anpassen. An den Stellen, wo zwei Schädelknochen aufeinandertreffen, formen sich Schädelnähte, die aus mesenchymalem Bindegewebe bestehen und als Wachstumsfugen des Schädels dienen. Tritt eine frühzeitige Verknöcherung innerhalb einer oder mehrerer Schädelnähte auf, spricht man von einer Kraniosynostose. Als Konsequenz wird ein weiteres Knochenwachstum verhindert, sodass sich das Neurokranium in dieser Region nicht dem expansiven Wachstum des Gehirns anpassen kann. Dies geht in der Regel mit einem kompensatorischen Wachstum des Schädels und infolgedessen mit kraniofazialen Dysmorphien und einem erhöhten intrakraniellen Druck einher. Klinische Studien und Forschungen an Modellorganismen konnten bereits eine Vielzahl an Genen mit der Entstehung von Kraniosynostosen assoziieren, darunter die Transkriptionsfaktoren TCF12 und TWIST1. Beim Menschen sind heterozygote Mutationen in TCF12 und TWIST1 mit Kraniosynostosen der Koronarnaht assoziiert. Bei Mäusen hingegen führt eine heterozygote Tcf12 Mutation nur in Kombination mit einer heterozygoten Twist1 Mutation zu Fusionen der Koronarnaht.
Der Zebrabärbling (Danio rerio, überwiegend auch Zebrafisch genannt) weist eine bemerkenswerte Ähnlichkeit bezüglich der Anatomie und Morphologie des Schädeldachs zum Menschen auf. Um die genaue Funktion von TCF12 bei der Ausbildung der Schädelnähte zu untersuchen, wurde im Rahmen dieser Arbeit der Zebrafisch als in vivo Modell für die Entstehung tcf12-induzierter Kraniosynostosen etabliert. Zu Beginn der Arbeit wurde das Expressionsmuster von tcf12 über die Entwicklung hinweg analysiert. Ein besonderer Fokus lag dabei auf einem Expressionsnachweis während der Entwicklung der Schädelplatten und der Schädelnähte. Ein erster Expressionsnachweis von tcf12 mittels PCR-Analysen und Whole-mount RNA in-situ Hybridisierungen zeigte eine breite Expression von tcf12 ab dem 1-3 Somiten Stadium an. Für tiefergehende in vivo Analysen wurden im Zuge dieser Arbeit tcf12:EGFP Reportergenlinien generiert. Mit diesen gelang ein Nachweis der tcf12 Expression entlang der Wachstumsfronten der Schädelplatten, innerhalb der Schädelnähte sowie im Periost und der Dura mater.
Mit den tcf12:EGFP Fischen als Referenz wurde in weiterführenden Experimenten die Aktivität drei hochkonservierter CNEs (engl. conserved non-coding elements) in vivo im Zebrafisch untersucht. Zwei der CNEs konnten als tcf12 Enhancer verifiziert werden, die eine Genexpression während der Neurogenese des zentralen Nervensystems (ZNS) steuern. Die beiden Enhancer-Elemente zeichnen sich durch eine hohe Konservierung vom Menschen bis hin zum Zebrafisch aus.
Aufgrund der unterschiedlichen Sensitivität gegenüber einem Funktionsverlust von TCF12 und TWIST1 in Mensch und Maus sollte die Auswirkung eines Knockouts der orthologen Gene auf die Entwicklung der Schädelnähte des Zebrafisches untersucht werden. Mittels CRISPR/Cas9 wurden verschiedene Knockout-Linien für die Gene tcf12, twist1a und twist1b generiert. Analysen der Knockoutmutanten zeigten, dass ein heterozygoter Verlust von tcf12 und twist1b in seltenen Fällen zu partiellen Fusionen der Koronarnähte im Zebrafisch führt. Des Weiteren konnte bei tcf12 und twist1b Einzel- und Doppelmutanten ein abnormes Wachstum der Schädelplatten im Bereich der Suturen beobachtet werden. Die Expressionsstudien und die Analysen der Knockoutmutanten deuten auf eine Regulation von TCF12 bei der Differenzierung der Stammzellen sowie der Proliferation der Osteoblasten innerhalb der Schädelnähte hin.
Um die Auswirkung von TCF12 Mutationen auf funktioneller Ebene zu untersuchen wurden im Verlauf dieser Arbeit Luciferase-Reporter Assays durchgeführt. Anhand dieser konnte nachgewiesen werden, dass Mutationen, die die basic helix-loop-helix (bHLH)-Domäne beeinträchtigen, die Transaktivierungsfähigkeit von TCF12 aufheben. Co-Transfektions-Experimente mit TWIST1 offenbarten eine Regulation der Transaktivierung von TCF12 durch TWIST1, sowohl im Menschen, als auch im Zebrafisch. Im Rahmen dieser Arbeit konnten die genauen Expressionsorte von TCF12 während der Morphogenese des Schädeldachs nachgwiesen und die Funktion von TCF12 und seinem Interaktionspartner TWIST1 bei der Entstehung von Kraniosynostosen weiter aufgeklärt werden.
Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von IL-12 auf die Rezeptoren DNAM-1, TIGIT und CD96 auf NK-Zellen näher zu untersuchen. Wir konnten nachweisen, dass IL-12 den Rezeptor DNAM-1 hochreguliert. CD96 wurde nach 48-stündiger Inkubation mit IL-12 bei frisch isolierten NK-Zellen zunächst ebenfalls hochreguliert, nach längerer in vitro Kultur mit IL-2/IL-15 und anschließender Intervention mit IL-12 für 48h fiel CD96 allerdings wieder unter das Ausgangsniveau ab. Die höchste Steigerung der Expression durch IL-12 konnte an den Rezeptoren CD62L (Adhäsion) und CD161 (Inhibition) beobachtet werden.
Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass IL-12 einen Einfluss auf das Verhältnis der NK-Subpopulationen besitzt, indem es durch Hochregulation von CD56 und Herabregulation von CD16 zu einer Umwandlung von CD56dimCD16+ NK-Zellen zu CD56brightCD16- NK-Zellen beitrug. Während bei beiden Populationen DNAM-1 hochreguliert wurde, stieg die Expression von CD96 in der CD56dim Population, fiel aber in der CD56bright Population. Die Expression von TIGIT verhielt sich in der IL-15 Gruppe gegensätzlich dazu.
IFN-γ konnte die Expression der Liganden für DNAM-1, TIGIT und CD96 auf einer der untersuchten Tumorzelllinien (SK-ES-1) steigern.
Die Zytotoxizität von NK-Zellen konnte nicht durch IL-12 gesteigert werden. Indessen konnten wir feststellen, dass DNAM-1 für die Aufrechterhaltung der zytotoxischen Funktion essentiell war und eine Blockierung von DNAM-1 zu einer drastischen Verringerung derselben geführt hat. Dagegen konnten die NK-Zellen ihre Funktion nach der Blockierung von CD96 weitestgehend aufrechterhalten, es kam allerdings auch nicht zu einer gesteigerten Lyse von Tumorzellen.
Die Ergebnisse verdeutlichten, dass IL-12 zwar die Expression von DNAM-1 auf NK-Zellen zu steigern vermochte, dies allerdings nicht zu einer gesteigerten Zytotoxizität der NK-Zellen gegenüber den getesteten drei Tumorzelllinien geführt hat.
Introduction
Proximal ulna fractures are common in orthopaedic surgery. Comminuted fractures require a high primary stability by the osteosynthesis, to allow an early functional rehabilitation as fast as possible, to reduce long-term limitations of range of motion. Classical dorsal plating is related to wound healing problems due to the prominence of the implant. New low-profile double plates are available addressing the soft tissue problems by positioning the plates at the medial and lateral side. This study analysed whether, under high loading conditions, these new double plates provide an equivalent stability as compared to the rigid olecranon locking compression plate (LCP).
Materials and methods
In Sawbones, Mayo Type IIB fractures were simulated and stabilized by plate osteosyntheses: In group one, two low-profile plates were placed. In group two, a single dorsal plate (LCP) was used. The bones was than cyclically loaded simulating flexion grades of 0°, 30°, 60° and 90° of the elbow joint with increasing tension forces (150 , 150 , 300 and 500 N). The displacement and fracture gap movement were recorded. In the end, in load-to-failure tests, load at failure and mode of failure were determined.
Results
No significant differences were found for the displacement and fracture gap widening during cyclic loading. Under maximum loading, the double plates revealed a comparable load at failure like the single dorsal plate (LCP). The double plates failed with a proximal screw pull-out of the plate, whereas in the LCP group, in 10 out of 12 specimens the mode of failure was a diaphyseal shaft fracture at the distal plate peak.
Conclusion
Biomechanically, the double plates are a good alternative to the dorsal LCP providing a high stability under high loading conditions and, at the same, time reducing the soft tissue irritation by a lateral plate position.
The capabilities of small satellites have improved significantly in recent years. Specifically multi-satellite systems become increasingly popular, since they allow the support of new applications. The development and testing of these multi-satellite systems is a new challenge for engineers and requires the implementation of appropriate development and testing environments. In this paper, a modular network simulation framework for space–terrestrial systems is presented. It enables discrete event simulations for the development and testing of communication protocols, as well as mission-based analysis of other satellite system aspects, such as power supply and attitude control. ESTNeT is based on the discrete event simulator OMNeT++ and will be released under an open source license.
Olfactory circuits change structurally and physiologically during development and adult life. This allows insects to respond to olfactory cues in an appropriate and adaptive way according to their physiological and behavioral state, and to adapt to their specific abiotic and biotic natural environment. We highlight here findings on olfactory plasticity and modulation in various model and non-model insects with an emphasis on moths and social Hymenoptera. Different categories of plasticity occur in the olfactory systems of insects. One type relates to the reproductive or feeding state, as well as to adult age. Another type of plasticity is context-dependent and includes influences of the immediate sensory and abiotic environment, but also environmental conditions during postembryonic development, periods of adult behavioral maturation, and short- and long-term sensory experience. Finally, plasticity in olfactory circuits is linked to associative learning and memory formation. The vast majority of the available literature summarized here deals with plasticity in primary and secondary olfactory brain centers, but also peripheral modulation is treated. The described molecular, physiological, and structural neuronal changes occur under the influence of neuromodulators such as biogenic amines, neuropeptides, and hormones, but the mechanisms through which they act are only beginning to be analyzed.
Neural stem cells (NSCs) have been recently identified in the inferior colliculus (IC). These cells are of particular interest, as no casual therapeutic options for impaired neural structures exist. This research project aims to evaluate the neurogenic potential in the rat IC from early postnatal days until adulthood. The IC of rats from postnatal day 6 up to 48 was examined by neurosphere assays and histological sections. In free-floating IC cell cultures, neurospheres formed from animals from early postnatal to adulthood. The amount of generated neurospheres decreased in older ages and increased with the number of cell line passages. Cells in the neurospheres and the histological sections stained positively with NSC markers (Doublecortin, Sox-2, Musashi-1, Nestin, and Atoh1). Dissociated single cells from the neurospheres differentiated and were stained positively for the neural lineage markers β-III-tubulin, glial fibrillary acidic protein, and myelin basic protein. In addition, NSC markers (Doublecortin, Sox-2, CDK5R1, and Ascl-1) were investigated by qRT-PCR. In conclusion, a neurogenic potential in the rat IC was detected and evaluated from early postnatal days until adulthood. The identification of NSCs in the rat IC and their age-specific characteristics contribute to a better understanding of the development and the plasticity of the auditory pathway and might be activated for therapeutic use.
Summary
In adult hypophosphatasia (HPP) patients, elevated lumbar spine dual X-ray absorptiometry (DXA) values are associated with markers of disease severity and disease-specific fracture risk while femoral bone mineral density (BMD), being largely unaffected by the disease severity, may still be useful to monitor other causes of increased fracture risk due to low BMD.
Introduction
Hypophosphatasia (HPP) is a rare inherited metabolic disorder due to deficient activity of the tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP). Clinical manifestation in adult HPP patients is manifold including an increased risk for fractures, but data regarding clinical significance of DXA measurement and associations with fracture risk and disease severity is scarce.
Methods
Retrospective single-center analysis of DXA scans in patients with confirmed HPP (documented mutation, clinical symptoms, low alkaline phosphatase activity). Further data evaluation included disease-related fractures, laboratory results (alkaline phosphatase, pyridoxalphosphate, phosphoethanolamine), and medical history.
Results
Analysis included 110 patients (84 female, mean age of 46.2 years) of whom 37.3% (n = 41) were harboring two mutations. Average T-Score level at the lumbar spine was − 0.1 (SD 1.9), and mean total hip T-Score was − 1.07 (SD 0.15). Both lower ALP activity and higher substrate levels (pyridoxalphosphate and phosphoethanolamine) were significantly correlated with increased lumbar spine T-Score levels (p < 0.001) while BMD at the hip was not affected by indicators of disease severity. Increased lumbar spine BMD was significantly associated with an increased risk for HPP-related fractures, prevalent in 22 (20%) patients (p < 0.001) with 21 of them having biallelic mutations.
Conclusion
BMD in adult HPP patients is not systematically reduced. Conversely, increased lumbar spine BMD appears to be associated with severely compromised mineralization and increased risk for HPP-related fractures while BMD at the hip appears unaffected by indicators of disease severity, suggesting suitability of this anatomic location for assessing and discerning disorders with increased fracture risk owing to reduced BMD like osteoporosis.
Trial registration number
German register for clinical studies (DRKS00014022)
Date of registration
02/10/2018 – retrospectively registered
Tetrahydroisoquinolines (TIQs) such as salsolinol (SAL), norsalsolinol (NSAL) and their methylated derivatives N-methyl-norsalsolinol (NMNSAL) and N-methyl-salsolinol (NMSAL), modulate dopaminergic neurotransmission and metabolism in the central nervous system. Dopaminergic neurotransmission is thought to play an important role in the pathophysiology of chronic tic disorders, such as Tourette syndrome (TS). Therefore, the urinary concentrations of these TIQ derivatives were measured in patients with TS and patients with comorbid attention-deficit/hyperactivity disorder (TS + ADHD) compared with controls. Seventeen patients with TS, 12 with TS and ADHD, and 19 age-matched healthy controls with no medication took part in this study. Free levels of NSAL, NMNSAL, SAL, and NMSAL in urine were measured by a two-phase chromatographic approach. Furthermore, individual TIQ concentrations in TS patients were used in receiver-operating characteristics (ROC) curve analysis to examine the diagnostic value. NSAL concentrations were elevated significantly in TS [434.67 ± 55.4 nmol/l (standard error of mean = S.E.M.), two-way ANOVA, p < 0.0001] and TS + ADHD patients [605.18 ± 170.21 nmol/l (S.E.M.), two-way ANOVA, p < 0.0001] compared with controls [107.02 ± 33.18 nmol/l (S.E.M.), two-way ANOVA, p < 0.0001] and NSAL levels in TS + ADHD patients were elevated significantly in comparison with TS patients (two-way ANOVA, p = 0.017). NSAL demonstrated an AUC of 0.93 ± 0.046 (S.E.M) the highest diagnostic value of all metabolites for the diagnosis of TS. Our results suggest a dopaminergic hyperactivity underlying the pathophysiology of TS and ADHD. In addition, NSAL concentrations in urine may be a potential diagnostic biomarker of TS.