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- Center for Computational and Theoretical Biology (CCTB), Universität Würzburg (1)
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Diese Arbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung und Charakterisierung des XRM-II nanoCT Systems, sowie dessen Möglichkeiten zur Materialtrennung und Elementbestimmung in der nano-Computertomographie. Beim XRM-II nanoCT System handelt es sich um ein Röntgenmikroskop, welches in ein Rasterelektronenmikroskop integriert ist, und auf dem Prinzip der geometrischen Vergrößerung basiert. Neben zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern ist dieses Mikroskop auch zur dreidimensionalen Bildgebung mittels Computertomographie fähig.
Der Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung ist das XRM-II, mit welchem bereits Computertomographien im Nanometerbereich möglich waren. Deren Aufnahmedauer liegt zwischen 14 und 21 Tagen, was das System trotz seiner hohen Auflösung wenig praktikabel macht. Durch eine Anpassung der Blendeneinstellungen am Rasterelektronenmikroskop konnte der Strahlstrom um den Faktor 40 erhöht und damit die Aufnahmedauer auf 24 Stunden reduziert werden, wobei weiterhin eine zweidimensionale Auflösung von \(167 \pm 9\) nm erreicht wird. Durch die Trennung von Objekt- und Targetmanipulator lassen sich beide unabhängig und genauer bewegen, wodurch es möglich ist selbst 50 nm große Strukturen abzubilden.
Die Charakterisierung erfolgt sowohl für das komplette System als auch getrennt in die entscheidenden Komponenten wie Target und Detektor. Für das Röntgentarget werden Monte-Carlo Simulationen zur Brennfleckgröße, welche entscheidend für die erreichbare Auflösung ist, durchgeführt und mit Auflösungstests verglichen. Der Röntgendetektor wird hinsichtlich seiner spektralen Auflösung überprüft, welche hauptsächlich vom Charge Sharing Effekt beeinflusst wird. Die Charakterisierung des Gesamtsystems erfolgt durch den Vergleich mit einer höher auflösenden Bildgebungsmethode, der FIB Tomographie. Hierbei wird die gleiche Probe, ein Bruchstück einer CPU, mit beiden Methoden unter der Voraussetzung einer ähnlichen Aufnahmezeit (24 h) untersucht. In der nano-CT kann ein 12 mal größeres Volumen analysiert werden, was jedoch eine geringere räumliche Auflösung als die FIB Tomographie mit sich bringt.
Da die spektrale Auflösung des Detektors aufgrund des Charge Sharing begrenzt ist, lassen sich nur Materialien mit einem großen Unterschied in der Ordnungszahl mittels der Energieschwellen des Detektors trennen. Jedoch kann in Verbindung mit der geeigneten Wahl des Targetmaterials der Absorptionskontrast für leichte Materialien, wie beispielsweise \(SiO_2\) verbessert werden. Darüber hinaus ist es am XRM-II nanoCT möglich, durch das integrierte EDX-System, Elemente in der Computertomographie zu identifizieren. Dies wird anhand eines Drei-Wegekatalysators und eines NCA-Partikel gezeigt.
Nach intensiver Recherche ist die vorliegende Arbeit die erste Studie über spontane Neugeborenenschreie, die stimmphysiologische Messgrößen in Zusammenhang mit den Testergebnissen des Neugeborenen-Hörscreening (NHS-1) untersucht hat. Klinisch wichtig ist diese Forschung, da das NHS-1 mit einer Unsicherheit durch falsch-positive Fälle limitiert ist. Dadurch werden einige Neugeborene zunächst als “risikobehaftet für eine Hörstörung“ diagnostiziert, obwohl sie eigentlich normalhörend sind. Eine verbesserte Erstdiagnostik durch die Einbeziehung von Lautanalysen könnte Kosten sparen
und auch die Eltern der betroffenen Neugeborenen nicht unnötig verunsichern. Es konnte hier gezeigt werden, dass sich Schreieigenschaften von gesunden Neugeborenen, die im initialen Hörscreening auffällig waren (falsch positiv), nicht von denen unterscheiden, die bereits initial als unauffällig, also normalhörend, erkannt wurden. Die Ergebnisse und Daten der vorliegenden Arbeit fließen in Forschungen ein, die die sehr
frühzeitige Identifizierung von Stimmrisikomarkern für eine Schwerhörigkeit zum Ziel haben. Die vorliegende Dissertation erfolgte im Rahmen des Projekts „Klinische Längsschnittstudie zur vorsprachlichen Entwicklung im ersten Lebensjahr bei Säuglingen mit und ohne Hörstörung“. Für die Arbeit wurden von der Autorin, gemeinsam mit einer anderen Doktorandin (Veronique Ross) in der Neonatologie des Universitätsklinikums Würzburg
digitale Tonaufnahmen von spontanem Weinen Neugeborener erstellt und pseudonymisiert gespeichert. Es wurden die Vokalisationen von 75 gesunden reifen Neugeborenen im Alter von 2-4 Tagen ausgewertet. Dazu wurden zwei Gruppen gebildet (NHS_TU, NHS_TA). Neugeborene, die im NHS-1 Test unauffällig waren, bildeten die NHS_TU Gruppe. Die NHS_TA-Gruppe repräsentierte die hörgesunden Neugeborenen mit zunächst auffälligem NHS-Befund, also die sogenannten falsch-positiven Fälle. Im Labor des Zentrums für vorsprachliche Entwicklung und Entwicklungsstörungen (ZVES) wurden die Lautaufnahmen unter Verwendung getesteter Routinemethoden der Vorsprachlichen Diagnostik ausgewertet. Die Auswertung erfolgte auf Einzelschreiniveau (Signallevel) sowie auf Kindlevel. Auf Signallevel wurden 1.295 Signale quantitativ von der Autorin ausgewertet. Messgrößen waren Grundfrequenzparameter und die Dauer der Einzelschreie. Diese Auswertung lieferte gleichzeitig auch Referenzbereiche für die
Messgrößen bei gesunden Neugeborenen, die bisher nicht vorlagen. Eine Auswertung der Messgrößen auf Kindlevel (Mittelung aller Messungen pro Kind) bestätigte die Ergebnisse auf Signallevel. Die statistische Auswertung lieferte mit mittleren und großen Effektstärken keinen Hinweis auf bestehende Unterschiede in den untersuchten Schreieigenschaften zwischen beiden Gruppen. Limitierend ist zu berücksichtigen, dass es
sich um eine kleine Stichprobe mit medizinisch strengen Auswahlkriterien handelte. Mit der vorliegenden Arbeit konnte demonstriert werden, dass Neugeborene, die im ersten Hörscreening ein falsch positives Testergebnis haben, sich in Bezug auf ihre Schreieigenschaften von gesunden Neugeborenen nicht unterscheiden. Dies liefert die Voraussetzung für geplante weiterführende Untersuchungen, die nun auch sensorineural hörgestörte Neugeborene einschließen sollen.
In der nicht vollständig geklärten Pathogenese der juvenilen idiopathischen Arthritis (JIA) spielen insbesondere Effektor-T-Zellen und regulatorische T-Zellen (Tregs), sowie das Kontinuum ihrer plastischen Zelltypen eine wichtige Rolle. Im arthritischen Milieu, das auch Interleukin-17 (IL-17) beinhaltet, verschiebt sich das Gleichgewicht dieser Zellen hin zur Inflammation. Ziel dieser Arbeit war es, die T-Zellbalance im peripheren Blut von JIA-Patienten mit gesunden Kontrollen (HC) zu vergleichen, sowie den Einfluss von IL-17, anti-IL-17 und eines Th17-stimulierenden, proinflammatorischen Zytokinmilieus auf Phänotyp und Funktion der Tregs zu untersuchen.
Es erfolgte die durchflusszytometrische Analyse des Lymphozytenpools von 16 JIA- und 10 HC-Probanden. Isolierte CD25+CD127-CD4+ Tregs wurden mit den genannten Stimuli kultiviert und danach durchflusszytometrisch phänotypisch sowie in Co-Kultur mit peripheren mononukleären Zellen (PBMCs) auf ihre Suppressionsfunktion untersucht.
Wir stellten erhöhte Proportionen von Th17-Zellen, Tregs und effector-like Tregs in JIA-Patienten fest. Bei Stimulation mit dem Th17-Cocktail zeigte sich eine verminderte Suppression der Effektor-Zellen durch Tregs bei zeitgleich vermehrter FoxP3-Expression insbesondere in JIA-Tregs. Secukinumab bewirkte eine Anpassung der FoxP3-Expression der Tregs in der Patientengruppe auf etwa das Niveau der gesunden Kontrollen.
Insgesamt bestätigt diese Arbeit eine proinflammatorische Dysbalance bei JIA-Patienten mit Shift zu Th17-like Tregs als möglicherweise pathologischen Phänotyp. Ursache für die verminderte Suppression ist vermutlich eine gesteigerte Resistenz der Effektor-Zellen durch das Inflammationsmilieu. Die vermehrte FoxP3-Expression der JIA-Tregs ist am ehesten durch eine gesteigerte Zellaktivierung zu erklären. Diese erhöhte Sensitivität der Tregs für inflammatorische Stimuli mit vermehrter Aktivierung ist ein möglicher Ansatzpunkt für zukünftige Therapien. Die Adjustierung der FoxP3-Expression unter Secukinumab in der JIA-Gruppe auf Niveau der Kontrollen bildet daher einen denkbaren zusätzlichen therapeutischen Effekt der IL-17A Blockade durch potenzielle intrinsische Stabilisierung des Phänotyps der Tregs bei der JIA ab.
Glioblastoma (GBM) sind bösartige hirneigene Tumore, deren schlechte Prognose einer innovativen Therapie bedarf. Aus diesem Grund wurde ein neuer Therapieansatz entwickelt, der auf einer lokalen Ultraschall-vermittelten Zytostatika Applikation beruht. Hierfür wurden stabile Microbubbles (MB) bestehend aus Phospholipiden synthetisiert. Es konnte gezeigt werden, dass MB als auch fokussierter Ultraschall niedriger Intensität (LIFU) keinen negativen Einfluss auf GBM-Zellen hat. MB hingegen konnten mittels LIFU destruiert werden, wodurch das in den MB eingeschlossene Chemotherapeutikum freigesetzt werden kann. Es wurden verschiedene Platin(II)- und Palladium(II)-Komplexe auf GBM Zellen getestet. Zur Beladung der MB wurde Doxorubicin (Dox) verwendet. Es konnte eine Beladungseffizienz der MB mit Dox von 52 % erreicht werden, auch eine Aufreinigung dieser mittel Ionenaustausch-Chromatographie und Dialyse war erfolgreich. Die Austestung der mit Dox beladenen MB (MBDox) erfolgte auf GBM-Zellen in 2D- und 3D-Zelkulturmodellen. Dabei zeigte sich, dass die Behandlung mit MBDox und LIFU für 48 h eine zytotoxische Wirkung hatte, die sich signifikant von der Behandlung mit MBDox ohne LIFU unterschied. Zur Austestung der MBDox in 3D-Zellkulturmodellen wurden zwei Scaffold-Systeme eingesetzt. Es zeigte sich in den Versuchen, dass MBDox mit LIFU im Vergleich zu MBDox ohne LIFU Applikation einen zytotoxischen Effekt auf GBM-Zellen haben. Somit konnte die Wirksamkeit der Zytostatika Applikation mittels MB und LIFU in 2D- und 3D-Zellkulturmodellen erfolgreich etabliert werden. Als weiterer Schritt wurden zwei 3D in vitro Modelle erarbeitet. Dabei wurden zunächst organotypische hippocampale Slice Kulturen (organotypic hippocampal brain slice cultures, OHSC) aus der Maus hergestellt und anschließend mit fluoreszent-markierten Mikrotumoren aus GBM-Zelllinien, Primärzellen (PZ) und aus Patienten generierten GBM-Organoiden hergestellt. Diese GBM-Modelle wurden mit Tumor Treating Fields (TTFields) behandelt. Dabei war eine Abnahme der Tumorgröße von Mikrotumoren aus GBM-Zellen und PZ unter TTFields-Behandlung für 72 h messbar. Als weiteres in vitro Modell wurden humane Tumorschnitte aus intraoperativ entferntem GBM-Patientenmaterial hergestellt. Die Schnitte wiesen ein heterogenes Ansprechen nach 72 h TTFields-Applikation auf. Dies spiegelt die Heterogenität des GBM sehr gut wider und bestärkt die Eignung des Modelles zur Untersuchung von neuen Therapieansätzen zur Behandlung von GBM.
Hintergrund: Die Studie ermittelte die Einflussfaktoren auf hausärztliches Verord¬nungs-verhalten bei der Therapie von akuten unkomplizierten HWI in Deutschland. Methodik: In offenen Leitfadeninterviews mit Hausärztinnen und Hausärzten in Stadt und Region Würzburg wurde untersucht, wie diese ihre Verordnungsentscheidung treffen und durch welche Faktoren sie dabei beeinflusst werden. Von besonderem Interesse wa-ren der Umgang mit Patientenerwartungen, Gründe für Abweichungen vom üblichen Thera¬pie¬verhalten, Unsicherheiten bei der Verordnungsentscheidung und Wünsche nach Un¬ter¬stützung bei der Behandlung von HWI. Die Interviews wurden mithilfe der Soft-ware MAXQDA anonymisiert transkribiert und anhand der inhaltlich strukturierenden qualitativen Inhaltsanalyse nach Kuckartz ausgewertet. Ergebnisse: Die Studie zeigte, dass Hausärztinnen und Hausärzte bei der Behandlung von Patientinnen mit HWI aufgrund der Notwendigkeit, wirtschaftlich zu agieren, Zeit-druck empfinden. Dies erschwert ausführliche Beratungsgespräche, was sich auf das Ver-ordnungsverhalten auswirkt. Hohen Beratungsbedarf sahen die Teilnehmenden insbeson-dere bezüglich der Prävention von HWI, aber auch im Umgang mit Erwartungen, Erfah-rungen und hohem Leidensdruck der Patientinnen. Die genannten Faktoren wurden für die Verordnungsentscheidung teilweise als wichtiger angesehen als die Leitlinienemp-fehlungen. Die Vermeidung finanzieller Belastung der Patien¬tinnen wurde ebenfalls als relevanter Faktor gesehen, da bei HWI Präparate zur symptomatischen The¬rapie anders als Antibio¬tika durch die Krankenkassen nicht finanziert werden. Der Wunsch nach vali-den In¬formationen zur lokalen Resistenzlage uropathogener Erreger weist zudem darauf hin, dass Ärztinnen und Ärzte ihr Verordnungsverhalten an Informa¬tionen zur Resistenz-situ¬ation orientieren würden. Diskussion: Wirtschaftlichkeit und Zeitdruck sowie Erwartungen und hoher Beratungs-bedarf der Patien¬tinnen wirken einer leitliniengerechten Behandlung von HWI nach Ein-schätzung der Hausärztinnen und Hausärzte entgegen. Diese Faktoren bieten Ansatz-punkte zum Abbau von Hindernissen für Hausärztinnen und Hausärzte und zur Steige-rung der Leitlinienad¬hä¬renz. Die Studienergebnisse können als Basis für Interventionen zur Förderung einer rationalen Antibiotikaverordnung dienen.
PA sind natürliche Pflanzeninhaltsstoffe, die wegen ihres genotoxischen Potentials bekannt sind. Nach Applikation mikromolarer Konzentrationen können bei in vitro Untersuchungen von Leberzellen chromosomale Schäden detektiert werden. PA stehen im Verdacht nach Aufnahme bei Menschen hepatotoxische und kanzerogene Wirkungen nach sich zu ziehen. In dieser Studie wurden Lasiocarpin und Riddelliin an der humanen Leberkarzinomzelllinie Huh6 auf Genotoxizität getestet. Die ausgewählten Methoden waren der MK-Test, der alkalische und der FPG Comet Assay und die γ-H2AX-Färbung. In den Vorversuchen mit BaP und CPA wurde gezeigt, dass die Zellen durch Prodrugs genotoxisch geschädigt werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Riddelliin und Lasiocarpin im MK-Test eine dosisabhängige, genotoxische Wirkung auf die Huh6 Zellen haben. Der Einfluss von Lasiocarpin war im MK-Test im Vergleich zum Einfluss von Riddelliin bei geringerer Konzentration detektierbar. Nach einer simultanen Behandlung der Huh6 Zellen mit verschiedenen PA kann konkludiert werden, dass keine signifikante Erhöhung an DNA-Schäden im Vergleich zu Behandlungen mit den Einzelsubstanzen festgestellt werden konnte, was möglicherweise auf eine Erschöpfung der metabolischen Kapazität der Zellen zurückzuführen ist. Insgesamt ist es den Ergebnissen zufolge wahrscheinlich, dass die Entstehung von Crosslinks durch Lasiocarpin und Riddelliin eher eine Rolle in der Genotoxizitätsinduktion auf Huh6 Zellen spielen als oxidativer Stress. Doppelstrangbrüche konnten nicht als sicherer Induktor von Genotoxizität identifiziert werden. Die Besonderheiten der Stoffwechselwege einzelner PA und die Spezifizierung einzelner, für die Metabolisierung relevanter Enzyme sollte in Zukunft Gegenstand der Forschung sein, um die kumulativen Wirkungen von PA besser nachzuvollziehen und die für den Menschen entstehenden Risiken durch die Aufnahme von PA konkretisieren zu können.
In kürzlich erschienenen Studien hat sich die Zementformulierung Baghdadit (Ca3ZrSi2O9) durch Eigenschaften wie eine hydraulische Aktivität, Röntgenopazität und bioaktive Wirkung als potenzielles Material für die endodontische Anwendung qualifiziert. Ziel dieser Studie war es, Baghdadit als einphasigen Biozement und in Form verschiedener Materialzusammensetzungen auf vorteilhafte Eigenschaften im Hinblick auf die Anwendung als endodontischen Funktionswerkstoff zu untersuchen. Nach eigenständiger Herstellung des mechanisch aktivierten Zementpulvers Ca3ZrSi2O9, erfolgte die Charakterisierung der verschiedenen Zementformulierungen maBag, Bag100Bru und Bag50Bru hinsichtlich der Injizierbarkeit, des pH-Verlaufs während der Abbindung, der Druckfestigkeit und Phasenzusammensetzung mittels XRD. Daneben wurde Baghdadit zu je drei verschiedenen Gewichtsanteilen als Füllstoff in eine Methacrylat-basierte Matrix integriert und hinsichtlich der Fließfähigkeit entsprechend der Norm DIN EN ISO 6876:2012, des qualitativen Polymerisationsgrads und der Druckfestigkeit geprüft. Mit einer Auswahl der oben genannten Materialien erfolgte die Untersuchung der antibakteriellen Wirksamkeit, der Röntgensichtbarkeit orientierend an der Norm DIN EN ISO 13116:2014 und der Dichtigkeit im Wurzelkanal.
Einfach Lewis-Basen stabilisierte Borylene wurden durch Reduktion in situ hergestellt und in Gegenwart von Kohlenstoffmonoxid oder Distickstoff umgesetzt. Die entstandenen Verbindungen wurden mittels NMR-, ESR-, UV/Vis- und IR-Spektroskopie sowie Einkristallröntgenstrukturanalyse charakterisiert. Im Zuge dessen konnten für die erhaltenen Spezies Eigenschaften ermittelt werden, die denen analoger Übergangsmetallkomplexe ähneln. Ferner konnten die zugrundeliegenden mechanistischen Vorgänge der Reaktionen durch gezielte Variation der Reaktionsparameter aufgeklärt werden. Zudem wurden Redoxverhalten und Reaktivitäten der isolierten Produkte in weiterführenden Studien näher untersucht.