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- Akademie der Wissenschaften und der Literatur, Mainz (1)
- Bayer AG, Research & Development, Pharmaceuticals, Investigational Toxicology (1)
- Betriebsärztlicher Dienst der Universität Würzburg (1)
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- Comprehensive Cancer Center Mainfranken (1)
- Core Unit Systemmedizin (1)
- Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, Spain (1)
Metabolic Alterations Caused by Defective Cardiolipin Remodeling in Inherited Cardiomyopathies
(2020)
The heart is the most energy-consuming organ in the human body. In heart failure, the homeostasis of energy supply and demand is endangered by an increase in cardiomyocyte workload, or by an insufficiency in energy-providing processes. Energy metabolism is directly associated with mitochondrial redox homeostasis. The production of toxic reactive oxygen species (ROS) may overwhelm mitochondrial and cellular ROS defense mechanisms in case of heart failure. Mitochondria are essential cell organelles and provide 95% of the required energy in the heart. Metabolic remodeling, changes in mitochondrial structure or function, and alterations in mitochondrial calcium signaling diminish mitochondrial energy provision in many forms of cardiomyopathy. The mitochondrial respiratory chain creates a proton gradient across the inner mitochondrial membrane, which couples respiration with oxidative phosphorylation and the preservation of energy in the chemical bonds of ATP. Akin to other mitochondrial enzymes, the respiratory chain is integrated into the inner mitochondrial membrane. The tight association with the mitochondrial phospholipid cardiolipin (CL) ensures its structural integrity and coordinates enzymatic activity. This review focuses on how changes in mitochondrial CL may be associated with heart failure. Dysfunctional CL has been found in diabetic cardiomyopathy, ischemia reperfusion injury and the aging heart. Barth syndrome (BTHS) is caused by an inherited defect in the biosynthesis of cardiolipin. Moreover, a dysfunctional CL pool causes other types of rare inherited cardiomyopathies, such as Sengers syndrome and Dilated Cardiomyopathy with Ataxia (DCMA). Here we review the impact of cardiolipin deficiency on mitochondrial functions in cellular and animal models. We describe the molecular mechanisms concerning mitochondrial dysfunction as an incitement of cardiomyopathy and discuss potential therapeutic strategies.
Eine fundierte Ausbildung ist in der interventionellen Kardiologie essentiell, um die teilweise komplexen Prozeduren erfolgreich und sicher durchführen zu können. Bei der perkutanen Koronarintervention (PCI) können u.a. Fehler beim Handling des Führungsdrahtes auftreten. So kann es einerseits zum Drahtverlust, andererseits zur distalen Koronargefäßperforation kommen. Daher ist es sinnvoll, die Technik des Katheterwechsels ohne inadäquate Drahtbewegung vor der ersten Intervention im Herzkatheterlabor am Modell zu trainieren. Für diesen Zweck wurde der DACH-BOSS-Simulator entwickelt, an dem der Katheterwechsel trainiert werden kann.
Die Validität des Modells wurde im Rahmen einer Studie bei 10 Medizinstudenten (S) sowie 10 angehenden interventionellen Kardiologen (F) untersucht. Jeder Teilnehmer führte eine Trainingsreihe bestehend aus 25 Prozeduren durch. Um den Trainingseffekt zu ermitteln, wurden die mittleren Punktzahlen der ersten 3 und der letzten 3 Prozeduren jedes Probanden in der Studenten- und Fortgeschrittenengruppe verglichen. Zur Bestimmung der Konstruktvalidität führte eine dritte Gruppe von 5 Experten (E, > 1000 PCIs) jeweils 3 Prozeduren durch. Ausmaß der Drahtbewegung und benötigte Zeit wurden mit Punkten bewertet und als Skills score dargestellt.
Bei den ersten 3 Prozeduren erzielten die Experten signifikant höhere Werte als die Studenten oder die Fortgeschrittenengruppe (E: 12,9±1,0; S: 7,1±2,6, p = 0,001;
F: 8,3±2,0; p = 0,001; Mann-Whitney-U). Anfänger und Fortgeschrittene durchliefen während der 25 Trainingsprozeduren eine Lernkurve; im Mittel verbesserte sich die Studentengruppe von 7,1±2,6 auf 12,2±2 (p=0,007, Wilcoxon) und die Fortgeschrittenengruppe von 8,3±2,0 auf 13,2±1,0 (p = 0,005, Wilcoxon).
Der DACH-BOSS-Simulator stellt somit ein valides Modell zum Training des Katheterwechsels ohne inadäquate Drahtbewegung dar. Angehende interventionelle Kardiologen können diesen wichtigen Schritt der Prozedur am Modell trainieren und erlernen. Ob die am Simulator erworbenen Fähigkeiten auf die klinische Prozedur übertragbar sind, muss in weiteren Studien untersucht werden.
The introduction of new therapeutic agents has revolutionized the treatment of metastatic melanoma. The approval of adjuvant anti‐programmed death‐1 monotherapy with nivolumab or pembrolizumab, and dabrafenib plus trametinib has recently set a new landmark in the treatment of stage III melanoma. Now, clinical trials have shown that immune checkpoint blockade can be performed in a neoadjuvant setting, an approach established as a standard therapeutic approach for other tumour entities such as breast cancer. Recent studies suggest that a pathological response achieved by neoadjuvant immunotherapy is associated with long‐term tumour control and that short neoadjuvant application of checkpoint inhibitors may be superior to adjuvant therapy. Most recently, neoadjuvant ipilimumab plus nivolumab in stage III melanoma was reported. With two courses of dose‐optimized ipilimumab (1 mg kg−1) combined with nivolumab (3 mg kg−1), pathological responses were observed in 77% of patients, while only 20% of patients experienced grade 3 or 4 adverse events. However, the neoadjuvant trials employing combined immune checkpoint blockade conducted so far have excluded patients with in transit metastases, a common finding in stage III melanoma. Here we report four patients with in transit metastases or an advanced primary tumour who have been treated with neoadjuvant ipilimumab plus nivolumab according to the OpACIN‐neo trial scheme (arm B). All patients achieved radiological disease control and a pathological response. None of the patients has relapsed so far.
Die Resistenz von Tumorzellen gegenüber Apoptose stellt einen zentralen Baustein in der Pathogenese von Tumorerkrankungen dar. cFLIP inhibiert rezeptornah die Todesrezeptor-vermittelte Apoptose und spielt somit eine bedeutende Rolle als Regulator der Apoptose. Eine verstärkte Expression von cFLIP kann folglich hinweisend auf eine Fehlregulation der Apoptose bei der Entstehung und Progression von Tumoren sein. In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression von cFLIP in kutanen epithelialen und melanozytären Tumoren mit formalinfixierten und paraffinierten Gewebeproben untersucht. Bei der zunächst durchgeführten Charakterisierung der käuflich erhältlichen monoklonalen cFLIP-Antikörper mittels cFLIP-überexprimierenden HaCaT-Keratinozyten wurde überraschenderweise die fehlende Spezifität eines Antikörpers (KlonEPR8438(2)) nachgewiesen, was zur Folge hatte, dass der Hersteller die Produktion nach Mitteilung der Befunde eingestellt hat. Daher wurden die weiteren Untersuchungen unter Verwendung des Antikörper-Klons G11, der sowohl im Western Blot als auch immunhistochemisch die beiden cFLIP-Splicevarianten cFLIPL und cFLIPS spezifisch nachweist, durchgeführt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass cFLIP in epithelialen Hauttumoren in erheblichem Maß exprimiert wird. In jeweils 40% der untersuchten aktinischen Keratosen und Morbi Bowen konnte cFLIP nachgewiesen werden. Im Vergleich dazu zeigte sich in den fortgeschrittenen Formen epithelialer Hauttumoren eine deutlich höhere Expressionsrate. Eine Expression wiesen zudem 100% der untersuchten Keratoakanthome und 95% der Plattenepithelkarzinome (mit überwiegend gutem Differenzierungsgrad) auf. Dementsprechend war es nicht verwunderlich, dass alle untersuchten Metastasen von Plattenepithelkarzinomen cFLIP überexprimierten. Die Analyse melanozytärer Läsionen ergab, dass cFLIP in melanozytären Nävi wie auch superfiziell spreitenden Melanomen, Lentigo-maligna-Melanomen und akral lentiginösen Melanomen nur in einer sehr geringen Anzahl der untersuchten Präparate überexprimiert wurde. Erstaunlicherweise konnte jedoch in 65% der nodulären Melanome sowie in 60% der Melanommetastasen cFLIP nachgewiesen werden. Bezüglich der Expression von cFLIP im Primärtumor sowie der Metastase desselben Patienten konnte kein eindeutiger Trend festgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass die frühe Hemmung des extrinsischen Apoptoseweges durch das antiapoptotische Protein cFLIP an der Entstehung, dem Wachstum und möglicherweise der Metastasierung epithelialer Hauttumore beteiligt sein dürfte. Die auffallend hohe Expressionsrate im nodulären Melanom sowie den untersuchten Melanommetastasen könnte einen zukünftigen therapeutischen Angriffspunkt darstellen.
Purpose:
The model used to calculate dose distributions in a radiotherapy treatment plan relies on the data entered during beam commissioning. The quality of these data heavily depends on the detector choice made, especially in small fields and in the buildup region. Therefore, it is necessary to identify suitable detectors for measurements in the buildup region of small fields. To aid the understanding of a detector's limitations, several factors that influence the detector signal are to be analyzed, for example, the volume effect due to the detector size, the response to electron contamination, the signal dependence on the polarity used, and the effective point of measurement chosen.
Methods:
We tested the suitability of different small field detectors for measurements of depth dose curves with a special focus on the surface‐near area of dose buildup for fields sized between 10 × 10 and 0.6 × 0.6 cm\(^{2}\). Depth dose curves were measured with 14 different detectors including plane‐parallel chambers, thimble chambers of different types and sizes, shielded and unshielded diodes as well as a diamond detector. Those curves were compared with depth dose curves acquired on Gafchromic film. Additionally, the magnitude of geometric volume corrections was estimated from film profiles in different depths. Furthermore, a lead foil was inserted into the beam to reduce contaminating electrons and to study the resulting changes of the detector response. The role of the effective point of measurement was investigated by quantifying the changes occurring when shifting depth dose curves. Last, measurements for the small ionization chambers taken at opposing biasing voltages were compared to study polarity effects.
Results:
Depth‐dependent correction factors for relative depth dose curves with different detectors were derived. Film, the Farmer chamber FC23, a 0.13 cm\(^{3}\) scanning chamber CC13 and a plane‐parallel chamber PPC05 agree very well in fields sized 4 × 4 and 10 × 10 cm\(^{2}\). For most detectors and in smaller fields, depth dose curves differ from the film. In general, shielded diodes require larger corrections than unshielded diodes. Neither the geometric volume effect nor the electron contamination can account for the detector differences. The biggest uncertainty arises from the positioning of a detector with respect to the water surface and from the choice of the detector's effective point of measurement. Depth dose curves acquired with small ionization chambers differ by over 15% in the buildup region depending on sign of the biasing voltage used.
Conclusions:
A scanning chamber or a PPC40 chamber is suitable for fields larger than 4 × 4 cm\(^{2}\). Below that field size, the microDiamond or small ionization chambers perform best requiring the smallest corrections at depth as well as in the buildup region. Diode response changes considerably between the different types of detectors. The position of the effective point of measurement has a huge effect on the resulting curves, therefore detector specific rather than general shifts of half the inner radius of cylindrical ionization chambers for the effective point of measurement should be used. For small ionization chambers, averaging between both polarities is necessary for data obtained near the surface.
Homo- and heterochiral aggregation during crystallization of organic molecules has significance both for fundamental questions related to the origin of life as well as for the separation of homochiral compounds from their racemates in industrial processes. Herein, we analyse these phenomena at the lowest level of hierarchy - that is the self-assembly of a racemic mixture of (R,R)- and (S,S)-PBI into 1D supramolecular polymers. By a combination of UV/vis and NMR spectroscopy as well as atomic force microscopy, we demonstrate that homochiral aggregation of the racemic mixture leads to the formation of two types of supramolecular conglomerates under kinetic control, while under thermodynamic control heterochiral aggregation is preferred, affording a racemic supramolecular polymer. FT-IR spectroscopy and quantum-chemical calculations reveal unique packing arrangements and hydrogen-bonding patterns within these supramolecular polymers. Time-, concentration- and temperature-dependent UV/vis experiments provide further insights into the kinetic and thermodynamic control of the conglomerate and racemic supramolecular polymer formation. Homo- and heterochiral aggregation is a process of interest to prebiotic and chiral separation chemistry. Here, the authors analyze the self-assembly of a racemic mixture into 1D supramolecular polymers and find homochiral aggregation into conglomerates under kinetic control, while under thermodynamic control a racemic polymer is formed.
Background
To increase the image quality of end-expiratory and end-inspiratory phases of retrospective respiratory self-gated 4D MRI data sets using non-rigid image registration for improved target delineation of moving tumors.
Methods
End-expiratory and end-inspiratory phases of volunteer and patient 4D MRI data sets are used as targets for non-rigid image registration of all other phases using two different registration schemes: In the first, all phases are registered directly (dir-Reg) while next neighbors are successively registered until the target is reached in the second (nn-Reg). Resulting data sets are quantitatively compared using diaphragm and tumor sharpness and the coefficient of variation of regions of interest in the lung, liver, and heart. Qualitative assessment of the patient data regarding noise level, tumor delineation, and overall image quality was performed by blinded reading based on a 4 point Likert scale.
Results
The median coefficient of variation was lower for both registration schemes compared to the target. Median dir-Reg coefficient of variation of all ROIs was 5.6% lower for expiration and 7.0% lower for inspiration compared with nn-Reg. Statistical significant differences between the two schemes were found in all comparisons. Median sharpness in inspiration is lower compared to expiration sharpness in all cases. Registered data sets were rated better compared to the targets in all categories. Over all categories, mean expiration scores were 2.92 +/- 0.18 for the target, 3.19 +/- 0.22 for nn-Reg and 3.56 +/- 0.14 for dir-Reg and mean inspiration scores 2.25 +/- 0.12 for the target, 2.72 +/- 215 0.04 for nn-Reg and 3.78 +/- 0.04 for dir-Reg.
Conclusions
In this work, end-expiratory and inspiratory phases of a 4D MRI data sets are used as targets for non-rigid image registration of all other phases. It is qualitatively and quantitatively shown that image quality of the targets can be significantly enhanced leading to improved target delineation of moving tumors.
Fatigue als ein „überwältigendes Gefühl von Müdigkeit, Energielosigkeit und Erschöpfung” stellt bei Patienten mit MS ein häufig auftretendes und oft im Alltag beeinträchtigendes Symptom dar, das sowohl mit körperlichen als auch mit kognitiven Erschöpfungssymptomen einhergeht. Die objektive Erfassung des Schweregrades der Fatigue beim einzelnen Patienten stellt ein Problem dar, da bisher keine objektiven Messverfahren zur Erfassung der Fatigue existieren. Im klinischen Alltag kommen meist Fragebögen zum Einsatz, die das Ausmaß der subjektiven Beeinträchtigung durch Fatigue im Alltag quantifizieren sollen.
Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, inwieweit bestimmte im klinischen Alltag erhobene Parameter Rückschlüsse auf die subjektive Fatigue bei Patienten mit MS erlauben, auch im Hinblick darauf, ob sich einzelne Parameter besonders zur Einschätzung der körperlichen bzw. kognitiven Fatigue eignen. Zudem sollte untersucht werden, ob die untersuchten klinischen Parameter bei bestimmten Patientengruppen besser als bei anderen Rückschlüsse auf die subjektive Fatigue erlauben. Erfasst wurde die subjektive Fatigue durch das Würzburger Erschöpfungsinventar bei Multipler Sklerose (WEIMuS), einer Serie von Fragen, die zwischen körperlicher und kognitiver Fatigue unterscheiden.
Dazu wurden Korrelationsanalysen zwischen der WEIMuS-Gesamtskala bzw. deren Subskalen für körperliche und kognitive Fatigue und EDSS-Wert, MSFC Z-Score einschließlich dessen Subscores und der Zeit des 50-Meter-Gehversuchs durchgeführt. Bezüglich der körperlichen Fatigue ergaben sich zwischen der WEIMuS-Subskala für körperliche Fatigue und dem EDSS sowie der Zeit des 50-Meter-Gehversuchs im Vergleich die stärksten, absolut gesehen als mittelstark zu wertende, Korrelationen. Bezüglich der kognitiven Fatigue ergab sich die stärkste Korrelation zwischen der WEIMuS-Subskala für kognitive Fatigue und dem PASAT3, die allerdings trotzdem als gering zu werten ist. Mit EDSS und 50-Meter-Gehversuch scheinen also zwei objektive klinische Parameter zu existieren, die in einem gewissen Maß auf die subjektive Fatigue rückschließen lassen. Ziel weiterer Untersuchungen wird es sein müssen, einen geeigneten klinischen Parameter zu finden, der bessere Rückschlüsse auf die subjektive kognitive Fatigue erlaubt als der PASAT3.
Zwischen der WEIMuS-Gesamtskala bzw. deren Subskalen für körperliche und kognitive Fatigue und Alter, Geschlecht und Erkrankungsdauer fanden sich bestenfalls geringe Korrelationen, weshalb diese Parameter ungeeignet erscheinen, Aussagen über die subjektive Fatigue zu machen.
Durch die Einteilung der Patienten nach Alter und Geschlecht konnte untersucht werden, inwieweit diese Parameter Einfluss auf die untersuchten Zusammenhänge zwischen klinischen Parametern und subjektiver Fatigue haben. Die Korrelationen zwischen den WEIMuS-Subskalen für körperliche und kognitive Fatigue mit den untersuchten klinischen Parametern waren für junge Patienten überwiegend stärker als für ältere Patienten, insbesondere ältere Männer. Somit scheinen die untersuchten klinischen Parameter bei jüngeren Patienten besser geeignet, Aussagen über die subjektive Fatigue zu machen als bei älteren.
Insgesamt ist festzuhalten, dass EDSS und 50-Meter-Gehversuch insbesondere bei jungen Patienten zu einer besseren objektiven Beurteilbarkeit vor allem der körperlichen Fatigue im klinischen Alltag beitragen können.
Als die häufigste tödliche Tumorerkrankung weltweit ist das Lungenkarzinom mit einer sehr schlechten Prognose verbunden. Eine Behandlungsoption für Lungenadenokarzinome, die eine aktivierende EGFR-Mutation aufweisen, ist der orale EGFR-TKI Gefitinib (Iressa®, ZD1839). Die Resistenzentwicklung von Tumoren gegen diese Therapie stellt ein großes klinisches Problem dar.
Das Ziel dieser Arbeit war es, die Dosis-Wirkungs-Beziehung von Gefitinib, sowie die Entwicklung von Resistenzen in einem etablierten humanen 3D Lungentumormodell zu untersuchen und dieses Testsystem für eben diese Fragestellungen zu validieren.
Vorliegende Arbeit bestätigt, dass pharmakologische Untersuchungen in Zellkulturen häufig zu einer Überschätzung des Behandlungserfolges führen. Das verwendete Modell entspricht mehr den in vivo Bedingungen. In dieser Arbeit wurden zwei ATP-Zellvitalitätsassays für die statischen 3D Lungentumormodelle etabliert und erfolgreich angewendet. Dabei zeigte sich eine konzentrationsabhängige Wirkung von Gefitinib auf das Wachstum, die Proliferation, die Apoptose, die Markerexpression sowie die Signalwegsaktivierungen. Im statischen 3D Lungentumormodell lag der IC50-Wert zwischen 0,05-0,1 µM Gefitinib welches den Werten aus klinischen Beobachtungen entspricht. Auch der in der Klinik bereits nach wenigen Stunden eintretende zeitliche Effekt von Gefitinib konnte in unserem Modell bestätigt werden. Eine dynamische Kultivierung der Lungentumorzellen, mit von Scherkräften verursachtem schnellerem Zellwachstum, führte zu einer weiteren Annährung an die klinischen Gegebenheiten. Das Netzwerk der Gefitinib-Wirkung auf die EGFR-Signalkaskade wurde in unserem Modell charakterisiert.
Die Betrachtung einer resistenten Zell-Subpopulation zeigte einen Resistenzmechanismus über eine Epitheliale-Mesenchymale-Transition. Zusätzlich wurde versucht, eine neue medikamenten-resistente Zell-Subpopulation zu generieren.
Das beschriebene 3D Lungentumormodell ermöglicht richtungsweisende Untersuchungen zu Dosis-Wirkungs-Beziehung von Gefitinib. Ansätze für eine weitere Optimierung des Modells wurden herausgearbeitet.