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Durch ihre Aufgaben im Metabolismus der Schilddrüsenhormone kommt der Enzymfamilie der Deiodasen im feinregulierten Zusammenspiel der Aktivierung und Inaktivierung dieser signalgebenden Stoffe eine zentrale Rolle zu. Störungen in diesem System ziehen weitreichende Folgen auf der Ebene der Entwicklung und Steuerung des gesamten Organismus nach sich. Verminderte Aktivität der 5´DI, sei sie durch unzureichende Expression des Gens oder posttranskriptionelle Fehlsteuerung bedingt, geht dabei mit einer sogenannten „Konversionshemmung“ einher, die sich in erhöhten T4- und rT3-Spiegeln bei vermindertem Plasma-T3-Gehalt äußert. Diese Konstellation wird in Tiermodellen, bei denen ein 5´DI-Defekt auf molekularer Ebene bekannt ist, beobachtet. Ein derartiger Defekt ist jedoch beim Menschen bislang nicht festgestellt worden. Eine routinemäßige Untersuchung des 5´DI-Gens von Patienten, bei denen ein Enzymdefekt die Ursache ihrer Symptomatik sein könnte, ist mit Hilfe des hier aufgeführten Verfahrens unter einfachen Bedingungen möglich. In dieser Arbeit wird neben der Beschreibung eines stummen Polymorphismus im Exon 1 erstmals eine potentiell relevante Veränderung im translatierten Bereich des 5´DI-Gens beschrieben. Ausgewählte Patienten, deren Symptome den Verdacht auf eine Konversionshemmung aufkommen lassen, sind (bei sonst unveränderter Exonstruktur) heterozygot für eine Punktmutation im Codon 108 im Exon 1. Durch den Austausch von G durch A ergibt sich bei ihnen aus dem Codon UGG für die Aminosäure Tryptophan das Stop- beziehungsweise SeCys-Codon UGA. Im ersten Fall entsteht dadurch ein etwa um die Hälfte verkürztes und damit wohl funktionsunfähiges Protein, im zweiten ein in Konformation und Aktivität sicherlich beeinträchtigtes Enzym, vorausgesetzt, das im 3’-untranslatierten Bereich der mRNA befindliche SECIS-Element ist für dieses UGA-Codon wirksam. Bei beiden Varianten ist jedoch zu klären, ob der Defekt durch das zweite wildtypische Allel teilweise oder völlig kompensiert werden kann, wozu Untersuchungen von Gewebeproben aus Leber und Niere beziehungsweise die Expression des veränderten Gens in Zellkultur erforderlich wären.
Humane artifizielle Vollhautmodelle gewinnen im Bereich des Tissue Engineerings zunehmend an Bedeutung und werden mittlerweile in vielen verschiedenen Fachbereichen erforscht, optimiert und sogar als die Grundlagenforschung unterstützende Tierersatzmodelle angewendet. Dieses geht mit hohen Ansprüchen an Qualität und Reproduzierbarkeit dergleichen einher. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals der Einfluss von Kulturbedingen und Spendermaterial auf die Qualität humaner in vitro hergestellter Vollhautmodelle systematisch untersucht. Dazu wurde zunächst ein Katalog an histomorphologischen Qualitätskriterien erarbeitet, der sich an echten humanen Hautbiopsien orientierte und eine Gewichtung dieser Kriterien im Hinblick auf die Verwendung als echte Hautersatzmodelle erlaubte. Für die Herstellung der Hautmodelle wurden die etablierten Medien KGM 2 , KGM 2 variant und EpiLife ® und deren Kultivierungsprotokolle verwendet. Die zelluläre Grundlage der vorliegenden Untersuchungen bildeten die Präputien von sechzehn Kindern nach Zirkumzision. Keratinozyten und Fibroblasten wurden isoliert und mit den drei oben genannten Medien und zugrundeliegenden Kultivierungsprotokollen wurden in jeweils dreifacher Ausführung insgesamt 144 humane Vollhautmodelle erstellt, welche dann entsprechend des Bewertungskataloges beurteilt wurden. Die zugrunde gelegten Bewertungs- und Gütekriterien entsprachen histomorphologischen Parametern. Dazu gehörten die Dicke von Epidermis und Dermis, die Adhärenz zwischen Epidermis und Dermis sowie die Abwesenheit von Zellkernen im Stratum corneum der Epidermis.
Für die Analyse der Einflussfaktoren Spenderalter und Kultivierungsmedium wurden Regressionsmodelle mittels Generalized Estimating Equations angewandt. Das Spenderalter und das Kultivierungsmedium wurden dabei unabhängig voneinander in einer univariaten Analyse untersucht. Bei der Untersuchung des Einflusses des Kulturmediums auf die terminale Differenzierung innerhalb der Epidermis zeigte sich, dass durch Kultivierung mit EpiLife ® signifikant weniger Vollhautmodelle mit Zellkernen im Stratum corneum hergestellt wurden, im Vergleich zur Kultur mit KGM 2 oder KGM 2 variant. Der Einfluss des Kulturmediums auf die Epidermis- und Dermis-Dicke war jeweils nicht signifikant. Trotzdem zeigte sich ein Trend mit einer dünneren Epidermis und Dermis nach EpiLife ® -Kultivierung. Bei der Analyse des Spenderalters konnte ein positiver Einfluss eines jüngeren Spenders auf die Dicke der Epidermis im Vollhautmodell gezeigt werden. Die Epidermis-Dicke war signifikant größer, je jünger ein Vorhautspender war. Ein höheres Spenderalter dagegen führte zu signifikant weniger Ablösung der Epidermis von der Dermis. Keinen Einfluss hatte das Spenderalter auf die Dermis-Dicke und auf die Abwesenheit von Zellkernen in der Hornschicht. Die drei signifikanten Assoziationen in der univariaten Analyse wurden in einer multivariablen Analyse untersucht. Hierbei zeigte sich der Einfluss des Spenderalters auf die Epidermis-Dicke und die dermo-epidermale Adhäsion unter Einfluss der Kulturmedien, der Abwesenheit von Zellkernen in der Hornschicht und der Dermis-Dicke als Kovariablen ebenfalls signifikant. Auch blieb der Einfluss von EpiLife ® auf die Abwesenheit von Zellkernen in der Hornschicht in der multivariablen Analyse signifikant. Es konnte hierbei außerdem ein signifikanter Einfluss der Dermis auf die Epidermis mit Schrumpfung der Epidermis bei Größerwerden der Dermis gezeigt werden. In einer durchgeführten komplexen statistischen Analyse mittels General Linear Model wurde der Einfluss einer Spender-Medium-Interaktion analysiert, ohne das Spenderalter als Variable mit einzubeziehen. Es zeigte sich ein signifikanter Einfluss der Interaktion des Spenders mit dem Kulturmedium auf die Epidermisund Dermis-Dicke und damit auf die Qualität der in vitro hergestellten Vollhautmodelle. Einerseits bestand also ein unabhängiger Einfluss des Spenderalters und des Mediums, andererseits gab es einen Einfluss von der Abhängigkeit einer optimalen Spender-Medium-Kombination auf die Vollhautmodellqualität.
Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals das komplexe Zusammenspiel von Spenderfaktoren und Kultivierungsbedingungen und deren Auswirkungen auf die Qualität von humanen Vollhautmodellen aufgezeigt werden. Diese Ergebnisse haben Relevanz für den Einsatz dieser Modelle als Tierersatzmodelle in der Forschung. Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse können optimierte organotypische Vollhautmodelle in vitro hergestellt werden, sodass zukünftig komplexere Hautmodelle generiert werden können. In einer Folgearbeit sollen die hier erarbeiteten Grundlagen helfen, Hautmodelle in der Erforschung der akuten GvHD der Haut zu bearbeiten.
The parotid gland is one of the major salivary glands producing a serous secretion, and it plays an essential role in the digestive and immune systems. Knowledge of peroxisomes in the human parotid gland is minimal; furthermore, the peroxisomal compartment and its enzyme composition in the different cell types of the human parotid gland have never been subjected to a detailed investigation. Therefore, we performed a comprehensive analysis of peroxisomes in the human parotid gland’s striated duct and acinar cells. We combined biochemical techniques with various light and electron microscopy techniques to determine the localization of parotid secretory proteins and different peroxisomal marker proteins in parotid gland tissue. Moreover, we analyzed the mRNA of numerous gene encoding proteins localized in peroxisomes using real-time quantitative PCR. The results confirm the presence of peroxisomes in all striated duct and acinar cells of the human parotid gland. Immunofluorescence analyses for various peroxisomal proteins showed a higher abundance and more intense staining in striated duct cells compared to acinar cells. Moreover, human parotid glands comprise high quantities of catalase and other antioxidative enzymes in discrete subcellular regions, suggesting their role in protection against oxidative stress. This study provides the first thorough description of parotid peroxisomes in different parotid cell types of healthy human tissue.
Ellagitannins are signature constituents of oak wood and their consumption has been associated with various health benefits. In vivo, they undergo metabolic degradation including gut microbial metabolism yielding urolithins. Only limited data is available about compounds being present in blood after intake of an extract from French oak wood, Robuvit®. In the course of a randomized, double-blind, controlled clinical investigation, 66 patients undergoing hysterectomy received placebo or 300 mg Robuvit® per day before and over 8 weeks after surgery. Serum and blood cell samples were analyzed by liquid chromatography electrospray ionization tandem mass spectrometry (LC-ESI-MS/MS). The number of urolithin producers and the urolithin levels increased after intake of Robuvit®. In serum samples, the median concentration of urolithin A was 14.0 ng/ml [interquartile range (IQR) 57.4] after 8 weeks. Urolithin B was determined at 22.3 ng/ml (IQR 12.6), urolithin C at 2.66 ng/ml (IQR 2.08). In blood cells, lower concentrations and only urolithins A and B were detected. A statistically significant association of lower post-surgical pain scores with metabotype A was detected (p < 0.05). To conclude, supplementation with French oak wood extract raised urolithin generation in patients and suggested health advantages for urolithin-producers.
Urinary, Circulating, and Tissue Biomonitoring Studies Indicate Widespread Exposure to Bisphenol A
(2012)
Bisphenol A (BPA) is one of the highest-volume chemicals produced worldwide, and human exposure to BPA is thought to be ubiquitous. Thus, there are concerns that the amount of BPA to which humans are exposed may cause adverse health effects. We examined many possibilities for why biomonitoring and toxicokinetic studies could come to seemingly conflicting conclusions. More than 80 published human biomonitoring studies that measured BPA concentrations in human tissues, urine, blood, and other fluids, along with two toxicokinetic studies of human BPA metabolism were examined. Unconjugated BPA was routinely detected in blood (in the nanograms per milliliter range), and conjugated BPA was routinely detected in the vast majority of urine samples (also in the nanograms per milliliter range). In stark contrast, toxicokinetic studies proposed that humans are not internally exposed to BPA. Available data from biomonitoring studies clearly indicate that the general population is exposed to BPA and is at risk from internal exposure to unconjugated BPA. The two toxicokinetic studies that suggested human BPA exposure is negligible have significant deficiencies, are directly contradicted by hypothesis-driven studies, and are therefore not reliable for risk assessment purposes.
Aims: The aim of the current study was to establish a simple and yet as much as possible physiologic approach for a simulation of the pulmonary absorption process to compare different inhaled drugs or drug formulations.
Methodology: We designed a dialysis setting that allowed monitoring the drug release from human lung tissue into a continuous-flow plasma compartment. For proof-of-concept experiments we chose the glucocorticoid fluticasone propionate (FP) as model compound. For subsequent experiments we selected a commercially available metered dose inhaler delivering a fixed combination of the short-acting ß2-agonist fenoterol and the muscarinic antagonist ipratropium bromide.
Results: With the novel dynamic dialysis model we observed high drug transport rates from the lung tissue into plasma including an elimination phase. The concentration profile in the plasma compartment of our model system was similar to the plasma concentration courses after inhalation of FP. Compared to FP significantly higher drug fractions of fenoterol and ipratropium bromide were released into plasma and the transfer of ipratropium was more pronounced compared to fenoterol. Again, concentration profiles in plasma were alike to those described in clinical studies.
Conclusion: We suggest that this model is appropriate for rapid assessment of comparative diffusion behaviour of drugs or drug formulations from lung tissue into plasma.
Intracranial hemorrhage results in devastating forms of cerebral damage. Frequently, these results also present with cardiac dysfunction ranging from ECG changes to Takotsubo syndrome (TTS). This suggests that intracranial bleeding due to subarachnoid hemorrhage (SAH) disrupts the neuro–cardiac axis leading to neurogenic stress cardiomyopathy (NSC) of different degrees. Following this notion, SAH and secondary TTS could be directly linked, thus contributing to poor outcomes. We set out to test if blood circulation is the driver of the brain–heart axis by investigating serum samples of TTS patients. We present a novel in vitro model combining SAH and secondary TTS to mimic the effects of blood or serum, respectively, on blood–brain barrier (BBB) integrity using in vitro monolayers of an established murine model. We consistently demonstrated decreased monolayer integrity and confirmed reduced Claudin-5 and Occludin levels by RT-qPCR and Western blot and morphological reorganization of actin filaments in endothelial cells. Both tight junction proteins show a time-dependent reduction. Our findings highlight a faster and more prominent disintegration of BBB in the presence of TTS and support the importance of the bloodstream as a causal link between intracerebral bleeding and cardiac dysfunction. This may represent potential targets for future therapeutic inventions in SAH and TTS.
Deep phenotypical characterization of human CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) T cells by mass cytometry
(2021)
CD56\(^{+}\) T cells are a group of pro‐inflammatory CD3\(^{+}\) lymphocytes with characteristics of natural killer cells, being involved in antimicrobial immune defense. Here, we performed deep phenotypic profiling of CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) cells in peripheral blood of normal human donors and individuals sensitized to birch‐pollen or/and house dust mite by high‐dimensional mass cytometry combined with manual and computational data analysis. A co‐regulation between major conventional T‐cell subsets and their respective CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) cell counterparts appeared restricted to CD8\(^{+}\), MAIT, and TCRγδ\(^{+}\) T‐cell compartments. Interestingly, we find a co‐regulation of several CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) cell subsets in allergic but not in healthy individuals. Moreover, using FlowSOM, we distinguished a variety of CD56\(^{+}\) T‐cell phenotypes demonstrating a hitherto underestimated heterogeneity among these cells. The novel CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) subset description comprises phenotypes superimposed with naive, memory, type 1, 2, and 17 differentiation stages, in part represented by a phenotypical continuum. Frequencies of two out of 19 CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) FlowSOM clusters were significantly diminished in allergic individuals, demonstrating less frequent presence of cells with cytolytic, presumably protective, capacity in these donors consistent with defective expansion or their recruitment to the affected tissue. Our results contribute to defining specific cell populations to be targeted during therapy for allergic conditions.
Human upcyte\(^{®}\) hepatocytes are proliferating hepatocytes that retain many characteristics of primary human hepatocytes. We conducted a comprehensive evaluation of the application of second-generation upcyte\(^{®}\) hepatocytes from four donors for inhibition and induction assays using a selection of reference inhibitors and inducers. CYP1A2, CYP2B6, CYP2C9, and CYP3A4 were reproducibly inhibited in a concentration-dependent manner and the calculated IC\(_{50}\) values for each compound correctly classified them as potent inhibitors. Upcyte\(^{®}\) hepatocytes were responsive to prototypical CYP1A2, CYP2B6, CYP2C9, and CYP3A4 inducers, confirming that they have functional AhR-, CAR-, and PXR-mediated CYP regulation. A panel of 11 inducers classified as potent, moderate or noninducers of CYP3A4 and CYP2B6 were tested. There was a good fit of data from upcyte\(^{®}\) hepatocytes to three different predictive models for CYP3A4 induction, namely the Relative Induction Score (RIS), AUC\(_{u}\)/F\(_{2}\), and C\(_{max,u}\)/Ind\(_{50}\). In addition, PXR (rifampicin) and CAR-selective (carbamazepine and phenytoin) inducers of CYP3A4 and CYP2B6 induction, respectively, were demonstrated. In conclusion, these data support the use of second-generation upcyte\(^{®}\) hepatocytes for CYP inhibition and induction assays. Under the culture conditions used, these cells expressed CYP activities that were equivalent to or higher than those measured in primary human hepatocyte cultures, which could be inhibited or induced by prototypical CYP inhibitors and inducers, respectively. Moreover, they can be used to predict in vivo CYP3A4 induction potential using three prediction models. Bulk availability of cells from multiple donors makes upcyte\(^{®}\) hepatocytes suitable for DDI screening, as well as more in-depth mechanistic investigations.
Neben der Frage nach dem Lebensalter als Kriterium zur Identifizierung unbekannter Leichen und menschlicher Überreste, wird der Bedarf einer Altersschätzung an lebenden Personen derzeit immer größer. Hinzu kommt die Hoffnung, aus Spuren Rückschlüsse auf das Alter des Spurenlegers ziehen zu können. Ziel dieser Arbeit war es, aus verschiedenen biologischen Materialien das Alter anhand der 4.977 bp-Deletion in menschlicher mitochondrialer DNA abschätzen zu können, wobei der Schwerpunkt auf Material von lebenden Personen lag. Hierzu wurde mit Hilfe geeigneter DNA-Extraktionsmethoden aus verschiedenen Gewebearten, venösem Vollblut, Mundschleimhautabstrichen und Haarwurzeln ausreichend DNA guter Qualität gewonnen. Die Schwierigkeit dieser Untersuchung lag in der Ermöglichung einer Quantifizierungsmethode zur Erfassung der 4.977 bp-Deletion. Dieses Problem wurde, nach der Wahl optimaler Primer und Amplifizierung spezifischer DNA-Fragmente, für die deletierte und die normale mtDNA unter optimierten PCR-Bedingungen im Multi-plex-Ansatz, mit Hilfe der Kapillarelektrophorese gelöst. Mit ihr konnte der Anteil der 4.977 bp-deletierten und der normalen mtDNA durch die computeranalysierten Peakflächen der beiden Fragmente bestimmt und miteinander in Verhältnis gesetzt werden. Dieses Verhältnis wurde durch den Quotienten IDel/INorm ausgedrückt. Die gewonnenen Ergebnisse wurden anschließend ausgedehnten statistischen Erhebungen unterzogen. Die 4.977 bp-Deletion zeigte in allen untersuchten Materialien eine eindeutige Altersabhängigkeit. Dies wurde an der Zunahme des Quotienten IDel/INorm mit steigendem Alter ersichtlich. Für die verschiedenen Gewebearten war die Abhängigkeit dieser Deletion vom Alter bereits aus der Literatur bekannt. Im Blut wurde diese jedoch erstmalig gezeigt, ebenso wie in den Mundschleimhautabstrichen, die bisher noch nie für Untersuchungen der 4.977 bp-Deletion herangezogen wurden. In den Haarwurzeln konnte die Deletion nicht nachgewiesen werden. Auffällig war hierbei, dass die Altersabhängigkeit von Material zu Material unterschiedlich ausgeprägt war. Der größte Anteil deletierter mtDNA fand sich im Gehirngewebe, gefolgt von Skelettmuskulatur, Herz, Lunge, Milz, Niere Leber und Haut. Für diese unterschiedliche Akkumulierung der 4.977 bp-Deletion finden sich zwei mögliche Erklärungsansätze, die Theorie einer unterschiedlichen Mitoserate und die einer unterschiedlichen Stoffwechselaktivität, die beide die gewonnene Rangfolge bestätigen. Des Weiteren wurde eine Abhängigkeit der 4.977 bp-Deletion von der in die PCR eingesetzten DNA-Menge festgestellt. Dieser Effekt muss im Zusammenhang mit der unterschiedlichen Amplifizierungseffizienz der beiden relevanten DNA-Fragmente gesehen werden, wodurch jedoch die Einschränkungen der angewandten unkontrollierten Multiplex-PCR mit anschließender semi-quantitativer Detektion der Amplifikations- produkte deutlich werden. Unter Berücksichtigung der Einschränkungen gelang anhand von Perzentilentabellen eine Altersschätzung mit der Angabe einer Altersspanne von ungefähr 30 Jahren. Um eine genauere Altersschätzung zu erreichen, wäre eine Optimierung der Methode, z. B. durch Anwendung einer real-time quantitativen PCR, und eine Einbeziehung einer noch größeren Probenzahl nötig.