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Alveolar echinococcosis, which is caused by the metacestode stage of the small fox tapeworm Echinococcus multilocularis, is a severe zoonotic disease with limited treatment options. For a better understanding of cestode biology the genome of E. multilocularis, together with other cestode genomes, was sequenced previously. While a few studies were undertaken to explore the E. multilocularis transcriptome, a comprehensive exploration of global transcription profiles throughout life cycle stages is lacking. This work represents the so far most comprehensive analysis of the E. multilocularis transcriptome. Using RNA-Seq information from different life cycle stages and experimental conditions in three biological replicates, transcriptional differences were qualitatively and quantitatively explored. The analyzed datasets are based on samples of metacestodes cultivated under aerobic and anaerobic conditions as well as metacestodes obtained directly from infected jirds. Other samples are stem cell cultures at three different time points of development as well as non-activated and activated protoscoleces, the larval stage that can develop into adult worms. In addition, two datasets of metacestodes under experimental conditions suitable for the detection of genes that are expressed in stem cells, the so-called germinative cells, and one dataset from a siRNA experiment were analyzed. Analysis of these datasets led to expression profiles for all annotated genes, including genes that are expressed in the tegument of metacestodes and play a role in host-parasite interactions and modulation of the host's immune response. Gene expression profiles provide also further information about genes that might be responsible for the infiltrative growth of the parasite in the liver.
Furthermore, germinative cell-specific genes were identified. Germinative cells are the only proliferating cells in E. multilocularis and therefore of utmost importance for the development and growth of the parasite. Using a combination of germinative cell depletion and enrichment methods, genes with specific expression in germinative cells were identified. As expected, many of these genes are involved in translation, cell cycle regulation or DNA replication and repair. Also identified were transcription factors, many of which are involved in cell fate commitment. As an example, the gene encoding the telomerase reverse transcriptase (TERT) was studied further. Expression of E. multilocularis tert in germinative cells was confirmed experimentally. Cell culture experiments indicate that TERT is required for proliferation and development of the parasite, which makes TERT a potentially interesting drug target for chemotherapy of alveolar echinococcosis.
Germinative cell specific genes in E. multilocularis also include genes of densoviral origin. More than 20 individual densovirus loci with information for non-structural and structural densovirus proteins were identified in the E. multilocularis genome. Densoviral elements were also detected in many other cestode genomes. Genomic integration of these elements suggests that densovirus-based vectors might be suitable tools for genetic manipulation of tapeworms. Interestingly, only three of more than 20 densovirus loci in the E. multilocularis genome are expressed. Since the canonical piRNA pathway is lacking in cestodes, this raises the question about potential silencing mechanisms. Exploration of RNA-Seq information indicated natural antisense transcripts as a potential gene regulation mechanism in E. multilocularis. Preliminary experiments further suggest DNA-methylation, which was previously shown to occur in platyhelminthes, as an interesting avenue to explore in future.
The transcriptome datasets also contain information about genes that are expressed in differentiated cells, for example the serotonin transporter gene that is expressed in nerve cells. Cell culture experiments indicate that serotonin and serotonin transport play an important role in E. multilocularis proliferation, development and survival.
Overall, this work provides a comprehensive transcription data atlas throughout the E. multilocularis life cycle. Identification of germinative cell-specific genes and genes important for host-parasite interactions will greatly facilitate future research. A global overview of gene expression profiles will also aide in the detection of suitable drug targets and the development of new chemotherapeutics against alveolar echinococcosis.
Chlamydia trachomatis, an obligate intracellular human pathogen, is the world’s leading cause of infection related blindness and the most common, bacterial sexually transmitted disease. In order to establish an optimal replicative niche, the pathogen extensively interferes with the physiology of the host cell. Chlamydia switches in its complex developmental cycle between the infectious non-replicative elementary bodies (EBs) and the non-infectious replicative reticulate bodies (RBs). The transformation to RBs, shortly after entering a host cell, is a crucial process in infection to start chlamydial replication. Currently it is unknown how the transition from EBs to RBs is initiated. In this thesis, we could show that, in an axenic media approach, L glutamine uptake by the pathogen is crucial to initiate the EB to RB transition. L-glutamine is converted to amino acids which are used by the bacteria to synthesize peptidoglycan. Peptidoglycan inturn is believed to function in separating dividing Chlamydia. The glutamine metabolism is reprogrammed in infected cells in a c-Myc-dependent manner, in order to accomplish the increased requirement for L-glutamine. Upon a chlamydial infection, the proto-oncogene c-Myc gets upregulated to promote host cell glutaminolysis via glutaminase GLS1 and the L-glutamine transporter SLC1A5/ASCT2. Interference with this metabolic reprogramming leads to limited growth of C. trachomatis. Besides the active infection, Chlamydia can persist over a long period of time within the host cell whereby chronic and recurrent infections establish. C. trachomatis acquire a persistent state during an immune attack in response to elevated interferon-γ (IFN-γ) levels. It has been shown that IFN-γ activates the catabolic depletion of L-tryptophan via indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), resulting in the formation of non-infectious atypical chlamydial forms. In this thesis, we could show that IFN-γ depletes the key metabolic regulator c-Myc, which has been demonstrated to be a prerequisite for chlamydial development and growth, in a STAT1-dependent manner. Moreover, metabolic analyses revealed that the pathogen de routs the host cell TCA cycle to enrich pyrimidine biosynthesis. Supplementing pyrimidines or a-ketoglutarate helps the bacteria to partially overcome the persistent state. Together, the results indicate a central role of c-Myc induced host glutamine metabolism reprogramming and L-glutamine for the development of C. trachomatis, which may provide a basis for anti-infectious strategies. Furthermore, they challenge the longstanding hypothesis of L-tryptophan shortage as the sole reason for IFN-γ induced persistence and suggest a pivotal role of c-Myc in the control of the C. trachomatis dormancy.
Articular cartilage is an exceptional connective tissue which by a network of fibrillar collagen and glycosaminoglycan (GAG) molecules allows both low- friction articulation and distribution of loads to the subchondral bone (Armiento et al., 2018, Ulrich-Vinther et al., 2003). Because of its very limited ability to self-repair, chondral defects following traumatic injury increase the risk for secondary osteoarthritis (OA) (Muthuri et al., 2011). Still, current OA treatments such as common nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) and joint replacement primarily address end-stage symptoms (Tonge et al., 2014). As low-grade inflammation plays a pivotal role in the pathogenesis of OA (Robinson et al., 2016), there is a strong demand for novel therapeutic concepts, such as integrating application of anti-inflammatory agents into cartilage cell- based therapies in order to effectively treat OA affected joints in early disease stages. The polyphenolic phytoalexin resveratrol (RSV), found in the skin of red grapes, berries, and peanuts, has been shown to have effective anti-inflammatory properties (Shen et al., 2012). However, its long-term effects on 3D chondrocyte constructs cultured in an inflammatory environment with regard to tissue quality have remained unexplored so far. Therefore, in this study, pellets made from expanded porcine articular chondrocytes were cultured for 14 days with either the pro-inflammatory cytokine interleukin-1β (IL-1β) (1 - 10 ng/ml) or RSV (50 μM) alone, or a co-treatment with both agents. Constructs treated with chondrocyte medium only served as control. Treatment with IL-1β at 10 ng/ml resulted in a significantly smaller pellet size and reduced DNA content. However, RSV counteracted the IL-1β-induced decrease and significantly enhanced diameter and DNA content. Also, in terms of GAG deposition, treatment with IL-1β at 10 ng/ml resulted in a tremendous depletion of absolute GAG content and GAG/DNA. Again, RSV co-treatment counteracted the inflammatory stimulus and led to a partial recovery of GAG content. Histological analysis utilizing safranin-O staining confirmed these findings. Marked expression of the cartilage-degrading enzyme matrix metalloproteinase 13 (MMP13) was detected in IL-1β-treated pellets, but none upon RSV co- treatment. Moreover, co-treatment of IL-1β-challenged constructs with RSV significantly increased absolute collagen content. However, under non- inflammatory conditions, RSV induced gene expression and protein accumulation of collagen type X, a marker for undesirable hypertrophy. Taken together, in the present thesis, RSV was demonstrated to elicit marked beneficial effects on the extracellular matrix composition of 3D cartilaginous constructs in long-term inflammatory culture in vitro, but also induced hypertrophy under non-inflammatory conditions. Based on these findings, further experiments examining multiple concentrations of RSV under various inflammatory conditions appear desirable concerning potential therapeutic applicability in OA.
Hematopoietic cell transplantation (HCT) is a curative therapy for the treatment of malignant and non-malignant bone marrow diseases. The major complication of this treatment is a highly inflammatory reaction called Graft-versus-Host Disease (GvHD). Here, transplanted donor T cells cause massive tissue destruction and inflammation in the main target organs liver, skin and the intestine. Currently, this inflammatory reaction can be treated successfully using strong immunosuppressive agents. One efficient group of immunosuppressants are calcineurin inhibitors such as Cyclosporin A (CsA) and Tacrolimus (FK506). These treatment strategies target all T lymphocytes subsets equally and do not separate GvH from the desirable Graft-versus-Leukemia (GvL) effect. Therefore, we aimed to find immunological targets on alloreactive T cells in order to develop novel treatment strategies, which selectively modulates alloreactive T cells without impairing the GvL effect or hematopoietic immune reconstitution.
The aim of this thesis was to develop a predictive marker panel to track alloreactive T cells in the peripheral blood (PB) of murine allo-HCT recipients. In clinically relevant model of aGvHD we demonstrated that alloreactive T cells have a distinct surface marker expression profile and can be detected in the PB before aGvHD manifestation. Based on our data, we propose a combinatory panel consisting of 4 surface markers (a4b7 integrin, CD162E, CD162P und CD62L) on circulating CD8+ T cells to identify the risk of aGvHD after allo-HCT.
Since tumor necrosis factor receptor superfamily (TNFR SF) members are involved in several immunological processes, we did extensive surface marker expression analysis of several TNFR superfamily members and other immunomodulatory molecules on conventional and regulatory T cells (Tcons vs. Tregs) on different time points during aGvHD progression. The aim of this study was to find subset-specific immunomodulatory molecules on recently activated Tcons and Tregs. We found that GITR, 4-1BB and CD27 were highly expressed on alloreactive and naïve Tregs. In contrast, PD1 expression was highly upregulated on recently activated alloreactive Tcons. The data of this study serves as basis for future approaches, which aim to develop T cell subset specific therapeutic antibody fusion proteins.
a4b7 integrin and CD162P (P-Selectin ligand) are highly upregulated on alloreactive T cells and mediate the infiltration of these cells into GvHD target organs. We developed recombinant (antibody) fusion proteins to target these two homing molecules and could show that antibody-based fusion proteins are superior to ligand-based fusion proteins regarding production efficiency and binding affinity. Therefore, we propose for future studies to focus on the described antibody-based fusion proteins for the selective targeting of T cells.
Since the widely used calcineurin inhibitors are impairing the desirable GvL effect, we investigated if selective NFATc1 inhibition might be a novel strategy to prevent or reduce alloreactivity, while hopefully maintaining the GvL effect. In particular, we addressed the role of the isoform NFATc1 and inhibited its posttranslational modification by SUMO (Small Ubiquitin-related Modifier). Indeed, inhibition of NFATc1 SUMOylation resulted in reduced inflammation and increased Treg frequencies in a murine MHC major mismatch aGvHD model.
Conclusively, we showed that alloreactive T cells can be identified by their surface profile in the PB of allo-HCT recipients before aGvHD symptoms appeared. Furthermore, we introduced a approach to selectively target alloreactive T cells by antibody fusion proteins, which might serve as a novel strategy to separate GvH from GvL. Additionally, we demonstrated that averted posttranslational modification of NFATc1 by SUMOylation serves as potential target to reduce alloreactivity of T cells.
Mit jedem Herzschlag werden enorme Mengen an Kalzium (Ca2+) in der Herzmuskelzelle freigesetzt. Dies geschieht vornehmlich über Ryanodinrezeptororen (RyR) und dient der Induktion der Muskelkontraktion. Daneben vermittelt aber auch der Inositoltrisphosphat (IP3)-Rezeptor, nach Aktivierung durch den Botenstoff IP3, unabhängig von der Elektromechanischen Kopplung eine Ca2+-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR). Die hier vorliegende Arbeit hatte das Ziel an isolierten Herzmuskelzellen die Interaktion von SR und Mitochondrien zu untersuchen, unter besonderer Berücksichtigung einer IP3-vermittelten Aktivierung des mitochondrialen Metabolismus. Wir verglichen den Effekt einer IP3- bzw. RyR-vermittelten zytosolischen Ca2+-Erhöhung auf die mitochondriale Ca2+-Aufnahme und Adenosintriphosphat (ATP)-Produktion. Sowohl unter den IP3-Rezeptor-Agonisten Endothelin-1 (ET-1) bzw. Angiotensin II (Ang II), als auch unter Verwendung des ß-Rezeptor-Agonisten Isoprenalin war eine mitochondriale Ca2+-Aufnahme nachweisbar, allerdings kam es nur IP3-abhängig zu einer ATP-Produktion. Unter Zugabe des IP3-Rezeptor-Blockers 2-Aminoethoxydiphenylborat (2-APB) konnte die zuvor nachgewiesene mitochondriale Ca2+-Aufnahme deutlich reduziert werden, gleiches zeigte sich bei Zellen isoliert aus transgenen IP3-sponge-Mäusen, entsprechend einem funktionellen IP3-Knockout. Hinsichtlich des Mechanismus der mitochondrialen Ca2+-Aufnahme kamen prinzipell zwei Strukturen in Frage: der mitochondriale Ryanodinrezeptor (mRyR1) und der mitochondriale Ca2+-Kanal (MCU). Wir unternahmen in der Folge weitere Versuche mit den anerkannten Rezeptorblockern Ru360 bzw. Dantrolen, um wechselseitig den MCU oder den mRyR1 zu blockieren. Das Ergebnis dieser Versuchsreihe legt den Schluss nahe, dass die Ca2+-Aufnahme in die Mitochondrien nach betaadrenerger Stimulation mit Isoprenalin primär über den MCU vermittelt wird, demgegenüber erfolgt die IP3-vermittelte Ca2+-Aufnahme über den mRyR1. Unter Verwendung von immunhistochemischer Färbungen identifizierten wir den IP3-Rezeptor vom Typ III, der ein überwiegend mitochondriales Verteilungsmuster aufzeigte. Wir schließen daraus, dass die von uns beobachteten Effekte der mitochondrialen Ca2+-Aufnahme und ATP-Produktion IP3-abhängig induziert werden bzw. zu einem Großteil auf eine Aktivität des IP3-Rezeptors, vermutlich der Unterform vom Typ III, zurückzuführen sind. Zusammenfassend konnte in der hier vorgelegten Arbeit gezeigt werden, dass die Aktivität des IP3-Rezeptors wesentlich am zellulären Energiehaushalt der Kardiomyozyten beteiligt ist. Der IP3-Signalweg vermittelt die Ca2+-Aufnahme in die Mitochondrien und führt so zu einer Energiebereitstellung in Form von ATP.
As a non-destructive testing method, X-ray imaging has proved to be suitable for the examination of a variety of objects. The measurement principle is based on the attenuation of X-rays caused by these objects. This attenuation can be recorded as shades of intensity using X-ray detectors and thus contains information about the inner structure of the investigated object. Since X-rays are electromagnetic waves, they also experience a change of phase in addition to their attenuation while penetrating an object. In general, imaging methods based on this effect are referred to as phase contrast imaging techniques. In the laboratory, the two mainly used methods are the propagation based phase contrast or in-line phase contrast and the grating interferometry.
While in-line phase contrast - under certain conditions - shows edge enhancement at interfaces due to interference, phase contrast in the grating interferometry is only indirectly measurable by the use of several gratings. In addition to phase contrast, grating interferometry provides access to the so-called dark-field imaging contrast, which measures the scattering of X-rays caused by an object.
These two imaging techniques, together with a novel concept of laboratory X-ray sources, the liquid-metal-jet, form the main part of this work. Compared to conventional X-ray sources, the liquid-metal-jet source offers higher brightness. The term brightness is defined by the number of X-ray photons per second, emitting area (area of the X-ray spot) and solid angle at which they are emitted.
On the basis of this source, a high resolution in-line phase contrast setup was partially developed in the scope of this work. Several computed tomographies show the feasibility of in-line phase contrast and the improvement of image quality by applying phase retrieval algorithms.
Moreover, the determination of optimized sample positions for in-line phase contrast imaging is treated at which the edge enhancement is maximized. Based on primitive fiber objects, this optimization has proven to be a good approximation.
With its high brightness in combination with a high spatial coherence, the liquid-metal-jet source is also interesting for grating interferometry. The development of such a setup is also part of this work. The overall concept and the characterization of the setup is presented as well as the applicability and its limits for the investigation of various objects.
Due to the very unique concept of this grating interferometer it was possible to realize a modified interferometer system by using a single grating only. Its concept and results are also presented in this work.
Furthermore, a grating interferometer based on a microfocus X-ray tube was tested regarding its performance. Thereby, parameters like the anode material, acquisition geometry and gratings were altered in order to find the advantages and disadvantages of each configuration.
Einleitung: Die gesamtgesellschaftlichen Veränderungen und der Wandel der Arbeit halten auch in den Hochschulen Einzug und stellen diese vor große Herausforderungen. Weitreichende und anhaltende Reformen sowie Veränderungsprozesse bedürfen in den einzelnen Hochschulen Maßnahmen, um die Leistungsbereitschaft und die psychische Gesundheit der Beschäftigten zu erhalten und zu fördern. Organisationskultur stellt einen wichtigen zu berücksichtigenden Faktor innerhalb diesen Wandels dar und ist in der Literatur ein oft benutztes Konzept zur Vorhersage der Leistungsfähigkeit in Wirtschafts-, aber auch Nonprofit – Organisationen. Bedeutsame Zusammenhänge zwischen Organisationskultur und Gesundheit zeigen sich insbesondere in den ver- schiedenen Studien zum Bielefelder Sozialkapitalansatz. Im Hochschulkontext findet das Konzept Organisationskultur jedoch kaum Berücksichtigung.
Um die Gestaltungsmöglichkeiten zu einer gesundheitsförderlichen und motivieren den Organisation aufzeigen zu können, war es das Ziel der vorliegenden Arbeit her- auszustellen, dass Hochschulen individuelle Organisationskulturen innehaben und Or- ganisationskultur auch im Hochschulkontext ein wichtiger Einflussfaktor für die Vorher- sage der psychischen Gesundheit und der Leistungsbereitschaft ist. Die Dissertation richtete sich an zwei Forschungsfragen aus:
1.Weisen Hochschulen spezifische Organisationskulturen auf?
2.Welche kulturellen Aspekte beeinflussen die psychische Gesundheit, sowie die motivationalen Aspekte von Hochschulmitarbeiter*innen?
Methodik: Nach der theoretischen Einführung in die Besonderheiten der Organisation Hochschule und der Darstellung des Bielefelder Sozialkapitalkonzepts mit Schwerpunkt auf der Organisationskultur wird auf Grundlage einer Fragebogenerhebung untersucht, ob sich die Hochschulen in ihren Ausprägungen der Organisationskultur unterscheiden und ob diese eine Ressource für die psychische Gesundheit und einen Garanten für Leistungsbereitschaft darstellt. Der Einfluss der einzelnen Dimensionen von Organisationskultur wurde detailliert untersucht, um ein differenziertes Bild über die Wirkmechanismen zu erhalten und Handlungsempfehlungen ableiten zu können. Zusätzlich wurde geprüft, ob der Zugang zur Ressource Organisationskultur von soziodemografischen Daten abhängig ist.
Die Querschnittsanalyse basierte auf schriftlichen Befragungen an insgesamt 10 Hochschulen in Deutschland. In die Analyse wurden die Daten von 5453 Befragten eingeschlossen. Diese wurden mittels einer multiplen Imputation bearbeitet, um trotz fehlender Werte die inferenzstatistischen Verfahren umsetzen zu können. Die Datenanalyse erfolgte anhand uni-, bi- und schließlich multivariater Verfahren.
Ergebnisse: Die Varianzaufklärung durch die Hochschulen in Bezug auf die Organisationskultur mittels Random-Intercept-Only-Modellen ergab für 2 von 3 Dimensionen signifikante Effekte (p < 0,05) mit einem ICC von 0,047 für die Ebene Dezernat / Fakultät und einem ICC von 0,074 für die Ebene Hochschule. Die zentralen Ergebnisse der Zusammenhangsanalysen mittels multipler linearer Regressionen zeigen, dass Organisationskultur unter Adjustierung soziodemografischer Daten einen Einfluss auf die Aspekte der psychischen Gesundheit und der motivationalen Aspekte hat. Der Anteil aufgeklärter Varianz für die Modelle beläuft sich für die Vorhersagen zwischen R²kor =
.092 für das Merkmal kognitiven Stresssymptome und R²kor = .361 für das Merkmal Arbeitszufriedenheit. Mittels einfacher linearer Regressionen konnte aufgezeigt wer- den, dass sowohl das Commitment als auch die Arbeitszufriedenheit Einfluss auf das Wohlbefinden, die depressive Verstimmung und die Erschöpfungszustände haben. Die Haupteinflussfaktoren der Organisationskultur sind auf die Dimensionen Arbeitsbereich und Hochschule zurückzuführen. Hierzu zählen im Arbeitsbereich die Partizipation, das Vorhandensein gemeinsamer Ziele und Werte und der Umgang mit Problemen, für die Dimension Hochschule die gelebte Kultur und die Verlässlichkeit der Hochschulleitung.
Diskussion: Aufgrund der Ergebnisse kann angenommen werden, dass Hochschulen individuelle Organisationskulturen innehaben. Dies bietet den Entscheidungsträgern der einzelnen Hochschulen individuelle Ansatzpunkte zur Gestaltung einer gesund- heitsförderlichen und motivierenden Organisationskultur. Es zeigt sich außerdem, dass die Organisationskultur auch im Hochschulkontext einen wichtigen Einflussfaktor für die psychische Gesundheit und die Leistungsbereitschaft der Mitarbeiter*innen darstellt. Insbesondere im Arbeitsbereich und auf Ebene der Hochschulleitung bestehen Ansatz- punkte, um eine an Mitarbeiter*innen orientierte, gesundheitsförderliche und motivierende Arbeitsumgebung für die Mitarbeiter*innen zu gestalten und zu fördern.
Bismuth Amides Mediate Facile and Highly Selective Pn–Pn Radical‐Coupling Reactions (Pn=N, P, As)
(2021)
The controlled release of well‐defined radical species under mild conditions for subsequent use in selective reactions is an important and challenging task in synthetic chemistry. We show here that simple bismuth amide species [Bi(NAr\(_2\))\(_3\)] readily release aminyl radicals [NAr\(_2\)]. at ambient temperature in solution. These reactions yield the corresponding hydrazines, Ar\(_2\)N−NAr\(_2\), as a result of highly selective N−N coupling. The exploitation of facile homolytic Bi−Pn bond cleavage for Pn−Pn bond formation was extended to higher homologues of the pnictogens (Pn=N–As): homoleptic bismuth amides mediate the highly selective dehydrocoupling of HPnR\(_2\) to give R\(_2\)Pn−PnR\(_2\). Analyses by NMR and EPR spectroscopy, single‐crystal X‐ray diffraction, and DFT calculations reveal low Bi−N homolytic bond‐dissociation energies, suggest radical coupling in the coordination sphere of bismuth, and reveal electronic and steric parameters as effective tools to control these reactions.
Hyponatriämie, definiert als Serum-Natrium < 135 mmol/l, ist ein potentiell lebensbedrohender Zustand und wird häufig bei älteren und psychiatrischen Patienten beobachtet. In den letzten Jahren wurden viele Case reports über SSRI- und SNRI- induzierte Hyponatriämien publiziert. Kardiale Veränderungen, insbesondere eine verlängerte QT-Zeit oder erhöhte Herzfrequenz, werden auch als häufig beobachtete Nebenwirkungen unter Therapie mit Antidepressiva beschrieben. Dies konnte bislang insbesondere während der Einnahme von trizyklischen Antidepressiva beobachtet werden. Oft kann der beobachtete Effekt in Zusammenhang mit der verabreichten Dosis gebracht werden. Bei der SSRI- bzw. SNRI-induzierten Hyponatriämie konnte dies bislang nicht gezeigt werden. In der Literatur lassen sich im Allgemeinen kaum Studien finden, die einen Zusammenhang der Serumkonzentration von SSRI und SNRI auf potentiell auftretende Nebenwirkungen untersucht haben. Ziel der vorliegenden Studie war zu zeigen, ob höhere Serumkonzentrationen von Citalopram, Escitalopram, Sertralin, Venlafaxin oder Duloxetin häufiger zu Hyponatriämien bzw. Verlängerungen der QT-Zeit führen.
Die PAH sowie die CTEPH stellen schwerwiegende Erkrankungen des pulmonalen Gefäßsystems dar. Der moderne PAH-Patienten des 21. Jahrhunderts wird zunehmend älter. Der Häufigkeitsgipfel der CTEPH-Erkrankung liegt zwischen dem 60. und 70. Lebensjahr. Aufgrund des fortgeschrittenen Alters leiden viele der Betroffenen an weiteren Komorbiditäten, weshalb eine genauere Betrachtung der Auswirkungen auf Belastbarkeit, verschiedene klinische und hämodynamische Parameter sowie auf die Mortalität sinnvoll erscheint.
Die vorliegende Arbeit basiert auf einer monozentrischen, retrospektiven Datenanalyse eines fortlaufenden Patientenkollektivs, bestehend aus 114 PAH-Patienten, 42 CTEPH-Patienten und einer Kontrollgruppe mit 99 Patienten ohne pulmonale Hypertonie. Zudem wurden PAH- und CTEPH-Patienten als gepooltes Kollektiv betrachtet und analysiert.
Die Daten zeigen, dass verschiedene wichtige Parameter, wie die 6-Minuten-Gehstrecke, die Fläche des linken und rechten Atriums, der NT-proBNP-Wert aber auch die TAPSE oder der mPAP durch Vorliegen häufiger Komorbiditäten beeinflusst werden könnten. Auch Auswirkungen der Begleiterkrankungen auf die Mortalität der Betroffenen sind mit Verweis auf vorliegende Daten wahrscheinlich.
Um eine Signaltransduktion mittels agnostischer Antikörper an Rezeptoren der TNFRSF zu bewirken, ist eine vorherige Immobilisation über des Fc Anteil des Antikörpers Grundvorraussetzung. In dieser Arbeit sollte die Möglichkeit der Verankerung über eine andere Bindungsdomäne untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass eine Immobilisation mittels scFv:CD70 zu einer starken Signalaktivierung führt.
Clearly, in nature, but also in technological applications, complex systems built in an entirely ordered and regular fashion are the exception rather than the rule. In this thesis we explore how critical phenomena are influenced by quenched spatial randomness. Specifically, we consider physical systems undergoing a continuous phase transition in the presence of topological disorder, where the underlying structure, on which the system evolves, is given by a non-regular, discrete lattice. We therefore endeavour to achieve a thorough understanding of the interplay between collective dynamics and quenched randomness.
According to the intriguing concept of universality, certain laws emerge from collectively behaving many-body systems at criticality, almost regardless of the precise microscopic realization of interactions in those systems. As a consequence, vastly different phenomena show striking similarities at their respective phase transitions. In this dissertation we pursue the question of whether the universal properties of critical phenomena are preserved when the system is subjected to topological perturbations. For this purpose, we perform numerical simulations of several prototypical systems of statistical physics which show a continuous phase transition. In particular, the equilibrium spin-1/2 Ising model and its generalizations represent -- among other applications -- fairly natural approaches to model magnetism in solids, whereas the non-equilibrium contact process serves as a toy model for percolation in porous media and epidemic spreading. Finally, the Manna sandpile model is strongly related to the concept of self-organized criticality, where a complex dynamic system reaches a critical state without fine-tuning of external variables.
Our results reveal that the prevailing understanding of the influence of topological randomness on critical phenomena is insufficient. In particular, by considering very specific and newly developed lattice structures, we are able to show that -- contrary to the popular opinion -- spatial correlations in the number of interacting neighbours are not a key measure for predicting whether disorder ultimately alters the behaviour of a given critical system.
Temporal development of communities with a focus on insects, in time series of one to four decades
(2021)
Changes and development are fundamental principles in biocenoses and can affect a multitude of ecological processes. In insect communities phenological and density changes, changes in species richness and community composition, as well as interactions between those changes, are the most important macro processes. However, climate change and other factors like habitat degradation and loss alter these processes leading to shifts and general biodiversity declines. Even though knowledge about insect decline in central Europe increased during the last decades, there are significant knowledge gaps about the development of insect communities in certain habitats and taxa. For example, insect communities in small lentic as well as in forested habitats are under-sampled and reported to be less endangered than communities in other habitats. Furthermore, the changes within habitats and taxa are additionally influenced by certain traits, like host or feeding specialization. To disentangle these influences and to increase the knowledge about the general long-term development of insect communities, comprehensive long-term monitoring studies are needed. In addition, long-term effects of conservation strategies should also be evaluated on large time scales in order to be able to decide on a scientific base which strategies are effective in promoting possibly declining taxa. Hence, this thesis also tackles the effects of an integrative conservation strategy on wood dependent beetle and fungi, beside the development of water beetle and macro moth communities over multiple decades. In Chapter 2 I present a study on the development of water beetle communities (Dytiscidae, Haliplidae, Noteridae) in 33 water bodies in Southern Germany from 1991 to 2018. Time-standardized capture per waterbody was used during three periods: between 1991 and 1995, 2007 and 2008, and 2017 and 2018. Results showed annual declines in both species number (ca. -1%) and abundance (ca. -2%). In addition, community composition shifted over time in part due to changing pH values. Hence, the recorded changes during the 28-year study period partly reflect natural succession processes. However, since also moor-related beetle species decreased significantly, it is likely that water beetles in southern Germany are also threatened by non-successional factors, including desiccation, increased nitrogen input and/or mineralization, as well as the loss of specific habitats. The results suggest, that in small to midsize lentic waterbodies, current development should aim for constant creation of new water bodies and protection of moor waterbodies in order to protect water beetle communities on a landscape scale. In Chapter 3 I present an analysis of the development of nocturnal macro moth species richness, abundance and biomass over four decades in forests of southern Germany. Two local scale data sets featuring a coppiced oak forest as well as an oak high forest were analysed separately from a regional data set representing all forest types in the temperate zone of Central Europe. At the regional scale species richness, abundance and biomass showed annual declines of ca. 1 %, 1.3 % and 1.4 %, respectively. These declines were more pronounced in plant host specialists and in dark coloured species. In contrast, species richness increased by ca. 1.5 % annually in the coppiced forest, while no significant trends were found in the high forest. In contrast to past assumptions, insect decline apparently affects also hyper diverse insect groups in forests. Since host specialists and dark coloured species were affected more heavily by the decline than other groups, habitat loss and climate change seem to be potential drivers of the observed trends. However, the positive development of species richness in the coppiced oak forest indicates that maintaining complex and diverse forest ecosystems through active management might compensate for negative trends in biodiversity. Chapter 4 features a study specifically aiming to investigate the long-term effect of deadwood enrichment as an integrative conservation strategy on saproxylic beetles and fungi in a central European beech forest at a landscape scale. A before–after control–impact design, was used to compare assemblages and gamma diversities of saproxylic organisms (beetles and fungi) in strictly protected old-growth forest areas (reserves) and previously moderately and intensively managed forest areas. Forests were sampled one year before and a decade after starting a landscape-wide strategy of dead-wood enrichment. Ten years after the start of the dead-wood enrichment, neither gamma diversities of saproxylic organisms nor species composition of beetles did reflect the previous management types anymore. However, fungal species composition still mirrored the previous management gradient. The results demonstrated that intentional enrichment of dead wood at the landscape scale can effectively restore communities of saproxylic organisms and may thus be a suitable strategy in addition to permanent strict reserves in order to protect wood dependent organisms in Europe. In this thesis I showed, that in contrast to what was assumed and partly reported so far, also water beetles in lentic water bodies and macro moths in forests decreased in species richness, abundance and biomass during the last three to four decades. In line with earlier studies, especially dark coloured species and specialists decreased more than light-coloured species and generalists. The reasons for these declines could partly be attributed to natural processes and pollution and possibly to climate change. However, further studies, especially experimental ones, will be needed to achieve a better understanding of the reasons for insect decline. Furthermore, analyses of time series data should be interpreted cautiously especially if the number of sampling years is smaller than ten years. In addition, validation techniques such as left- and right- censoring and cross validation should be used in order to proof the robustness of the analyses. However, the lack of knowledge, we are still facing today, should not prevent scientists and practitioners from applying conservation measures. In order to prove the effectiveness of such measures, long-term monitoring is crucial. Such control of success is essential for evidence based and thus adapted conservation strategies of threatened organisms.
Pertussis is a highly contagious acute respiratory disease of humans which is mainly caused by the gram-negative obligate human pathogen Bordetella pertussis. Despite the availability and extensive use of vaccines, the disease persists and has shown periodic re-emergence resulting in an estimated 640,000 deaths worldwide in 2014. The pathogen expresses various virulence factors that enable it to modulate the host immune response, allowing it to colonise the ciliated airway mucosa. Many of these factors also directly interfere with host signal transduction systems, causing damage to the ciliated airway mucosa and increase mucous production. Of the many virulence factors of B. pertussis, only the tracheal cytotoxin (TCT) is able to recapitulate the pathophysiology of ciliated cell extrusion and blebbing in animal models and in human nasal biopsies. Furthermore, due to the lack of appropriate human models and donor materials, the role of bacterial virulence factors has been extrapolated from studies using animal models infected with either B. pertussis or with the closely related species B. bronchiseptica which naturally causes respiratory infections in these animals and produces many similar virulence factors. Thus, in the present work, in vitro airway mucosa models developed by co-culturing human airway epithelia cells and fibroblasts from the conduction zone of the respiratory tract on a decellularized porcine small intestine submucosa scaffold (SISser®) were used, since these models have a high correlation to native human conducting zone respiratory epithelia. The major aim was to use the engineered airway mucosa models to elucidate the contribution of B. pertussis TCT in the pathophysiology of the disease as well as the virulence mechanism of B. pertussis in general. TCT and lipopolysaccharide (LPS) either alone or in combination were observed to induce epithelial cell blebbing and necrosis in the in vitro airway mucosa model. Additionally, the toxins induced viscous hyper-mucous secretion and significantly disrupted barrier properties of the in vitro airway mucosa models. This work also sought to assess the invasion and intracellular survival of B. pertussis in the polarised epithelia, which has been critically discussed for many years in the literature. Infection of the models with B. pertussis showed that the bacteria can adhere to the models and invade the epithelial cells as early as 6 hours post inoculation. Invasion and intracellular survival assays indicated the bacteria could invade and persist intracellularly in the epithelial cells for up to 3 days. Due to the novelty of the in vitro airway mucosa models, this work also intended to establish a method for isolating individual cells for scRNA-seq after infection with B. pertussis. Cold dissociation with Bacillus licheniformis subtilisin A was found to be capable of dissociating the cells without inducing a strong fragmentation, a problem which occurs when collagenase and trypsin/EDTA are used. In summary, the present work showed that TCT acts possibly in conjunction with LPS to disrupt the human airway mucosa much like previously shown in the hamster tracheal ring models and thus appears to play an important role during the natural B. pertussis infection. Furthermore, we established a method for infecting and isolating infected cells from the airway mucosa models in order to further investigate the effect of B. pertussis infection on the different cell populations in the airway by single cell analytics in the future.
Rezente Studien mit kleineren Fallzahlen offenbaren bei Patienten mit chronischer Nebenniereninsuffizienz eine sehr negative Krankheitswahrnehmung, große Ängste und Sorgen hinsichtlich der Substitutionstherapie mit Glucocorticoiden sowie eine geringe Therapieadhärenz.
Ziel der vorliegenden Beobachtungsstudie war es daher im Rahmen einer monozentrischen Querschnittstudie nebenniereninsuffiziente Patienten zu Therapieadhärenz, subjektiver Krankheits- und Glucocorticoidwahrnehmung und Zufriedenheit mit erhaltenen Informationen zu befragen. Zudem wurden erstmalig die Zusammenhänge zwischen der Teilnahme an einer standardisierten NNI-Schulung und oben genannten Aspekten im Rahmen einer multizentrischen Längschnittstudie untersucht.
Die Ergebnisse der Querschnittstudie zeichnen insgesamt ein deutlich positiveres Bild von der subjektiven Krankheits- und Therapiewahrnehmung als bisher in der Literatur beschrieben. Die subjektive Therapieadhärenz war hoch. Zudem waren Sorgen und Ängste hinsichtlich der Glucocorticoid-Substitution geringer ausgeprägt als erwartet. Nichtsdestotrotz ließ sich konkordant zu früheren Publikationen eine zum Teil sehr große Unzufriedenheit mit erhaltenen Informationen zu möglichen Problemen der Glucocorticoid-Substitution feststellen. Die Ergebnisse der Längschnittstudie deuten darauf hin, dass die standardisierte Patientenschulung ein geeignetes Instrument sein könnte, um die Zufriedenheit von Patienten mit NNI zu steigern, das Selbstmanagement zu stärken und gleichzeitig positiven Einfluss auf die Wahrnehmung der Substitutionstherapie nehmen könnte.
Clinical practice in CMR with respect to cardiovascular disease is currently focused on tissue characterization, and cardiac function, in particular. In recent years MRI based diffusion tensor imaging (DTI) has been shown to enable the assessment of microstructure based on the analysis of Brownian motion of water molecules in anisotropic tissue, such as the myocardium. With respect to both functional and structural imaging, 7T MRI may increase SNR, providing access to information beyond the reach of clinically applied field strengths. To date, cardiac 7T MRI is still a research modality that is only starting to develop towards clinical application.
In this thesis we primarily aimed to advance methods of ultrahigh field CMR using the latest 7T technology and its application towards the functional and structural characterization of the myocardium.
Regarding the assessment of myocardial microstructure at 7T, feasibility of ex vivo DTI of large animal hearts was demonstrated. In such hearts a custom sequence implemented for in vivo DTI was evaluated and fixation induced alterations of derived diffusion metrics and tissue properties were assessed. Results enable comparison of prior and future ex vivo DTI studies and provide information on measurement parameters at 7T.
Translating developed methodology to preclinical studies of mouse hearts, ex vivo DTI provided highly sensitive surrogates for microstructural remodeling in response to subendocardial damage. In such cases echocardiography measurements revealed mild diastolic dysfunction and impaired longitudinal deformation, linking disease induced structural and functional alterations. Complementary DTI and echocardiography data also improved our understanding of structure-function interactions in cases of loss of contractile myofiber tracts, replacement fibrosis, and LV systolic failure.
Regarding the functional characterization of the myocardium at 7T, sequence protocols were expanded towards a dedicated 7T routine protocol, encompassing accurate cardiac planning and the assessment of cardiac function via cine imaging in humans.
This assessment requires segmentation of myocardial contours. For that, artificial intelligence (AI) was developed and trained, enabling rapid automatic generation of cardiac segmentation in clinical data. Using transfer learning, AI models were adapted to cine data acquired using the latest generation 7T system. Methodology for AI based segmentation was translated to cardiac pathology, where automatic segmentation of scar tissue, edema and healthy myocardium was achieved.
Developed radiofrequency hardware facilitates translational studies at 7T, providing controlled conditions for future method development towards cardiac 7T MRI in humans.
In this thesis the latest 7T technology, cardiac DTI, and AI were used to advance methods of ultrahigh field CMR. In the long run, obtained results contribute to diagnostic methods that may facilitate early detection and risk stratification in cardiovascular disease.
Leukoplakien der Stimmlippe können verschiedene histopathologische Diagnosen wie beispielsweise Hyper- oder Parakeratosen, dysplastische Prozesse oder invasive Karzinome des Epithels zugrunde liegen.
Bisher werden klinisch detektierte Leukoplakien nach Probeexzision und histologischer Aufarbeitung anhand verschiedener histomorphologischer Klassifikationssysteme, wie zum Beispiel dem System der WHO oder dem „Ljubljana classification“-System, eingeordnet.
Hinsichtlich der Aussagekraft in Bezug auf die Prognose einer Entwicklung eines invasiven Plattenepithelkarzinoms sind die genannten Systeme jedoch eingeschränkt.
In der Raman-Spektroskopie wird das zu untersuchende Gewebe mit einem Laser bestrahlt. Die beim Durchdringen des Materials entstehende Raman-Streuung ist charakteristisch für verschiedene Moleküle und Bindungen. So kann mithilfe dieser Methodik auf die molekularbiologische Zusammensetzung des Gewebes geschlossen werden.
In dieser Arbeit wurde die Klassifikation verschiedener Dysplasiegrade des Stimmlippenepithels mittels Spektraldaten aus der Raman-Spektroskopie nachvollzogen und erörtert, ob aus den gewonnenen Informationen auf das Risiko der Entstehung eines invasiven Plattenepithelkarzinoms geschlossen werden kann.
Durch den Vergleich der Mittelwertspektren dysplasiefreier, dysplastischer und maligne entarteter Gewebeproben sowie der Methodik einer Hauptkomponentenanalyse kann auf eine unterschiedliche Zusammensetzung der Studiengruppen an Bestandteilen der DNA, Proteine, Lipide und Kohlenhydrate geschlossen werden.
Unter Verwendung einer linearen Diskriminanzanalyse wurden Modelle erstellt, um die Klassifizierbarkeit der verschiedenen Studiengruppen nachzuvollziehen. Außerdem wurden die Modelle auf die Aussagekraft einer Prognose hinsichtlich einer möglichen Karzinomentwicklung überprüft.
Durch diese Modelle können gute Differenzbarkeiten durch die Spektraldaten der einzelnen Studiengruppen untereinander erreicht werden. Zudem kann mit hoher Spezifität, Sensitivität und Genauigkeit prognostiziert werden, ob sich beim jeweiligen Patienten ein invasives Plattenepithelkarzinom der Stimmlippe entwickeln wird.
Um die erlangten Erkenntnisse zu validieren und das Verfahren in den klinischen Alltag zu integrieren, bedarf es jedoch prospektiver Studien.
Die Palliativmedizin gilt oft als ein vergleichsweise junges Themengebiet, welches in den zurückliegenden Jahrzehnten kontinuierlich an Bedeutung gewinnen konnte. Palliativmedizin ist jedoch keine reine Erfindung des 20. Jahrhunderts. So galt die Versorgung Schwerkranker oder Sterbender bereits viel früher als ärztliche Pflicht. Grundgedanke der Arbeit war es, palliativmedizinische Facetten im ärztlichen Handeln zu Beginn des 19. Jahrhunderts nachzuweisen. Hierzu erfolgte eine beispielhafte Betrachtung der chirurgische Hernien-Therapie des St. Johanns Spitals in Salzburg. Als Grundlage dienten handschriftlich verfasste Krankengeschichten des St. Johanns Spitals aus der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Neben der Detektion und einer vergleichenden Darstellung palliativmedizinischer Handlungsweisen gelang mit Hilfe der in ihrer Ausführlichkeit bemerkenswerten Primärquelle eine Darstellung der damaligen chirurgischen Hernientherapie am Salzburger St. Johanns Spital. Ergänzend erfolgt ein Vergleich mit zeitgenössischen Veröffentlichungen zur Thematik der Hernienchirurgie, welche sich zum damaligen Zeitpunkt am Vorabend zur Asepsis bereits in einem Prozess des Umbruchs befand.
The outcome of the innate immune response to biomaterials mainly determines whether the material will be incorporated in the body to fulfill its desired function or, when it gets encapsulated, will be rejected in the worst case. Macrophages are key players in this process, and their polarization state with either pro- (M1), anti-inflammatory (M2), or intermediate characteristics is crucial for deciding on the biomaterial’s fate. While a transient initial pro-inflammatory state is helpful, a prolonged inflammation deteriorates the proper healing and subsequent regeneration. Therefore, biomaterial-based polarization may aid in driving macrophages in the desired direction. However, the in vivo process is highly complex, and a mono-culture of macrophages in vitro displays only one part of the cellular system, but, to this date, there is a lack of established co-cultures to assess the immune response to biomaterials. Thus, this thesis aimed to establish a functional co-culture system of human macrophages and human mesenchymal stromal cells (hMSCs) to improve the assessment of the immune response to biomaterials in vitro. Together with macrophages, hMSCs are involved in tissue regeneration and inflammatory reactions and can modulate the immune response. In particular, endogenously derived hMSCs considerably contribute to the successful engrafting of biomaterials. This thesis focused on poly(ε-caprolactone) (PCL) fiber-based scaffolds produced by the technique of melt electrowriting (MEW) as biomaterial constructs. Via this fabrication technique, uniform, precisely ordered scaffolds varying in geometry and pore size have been created in-house.
To determine the impact of scaffold geometries and pore sizes on macrophages, mono-cultures incubated on scaffolds were conducted. As a pre-requisite to achieve a functional co-culture system on scaffolds, setups for direct and indirect systems in 2D have initially been established. These setups were analyzed for the capability of cell-cell communication. In parallel, a co-culture medium suitable for both cell types was defined, prior to the establishment of a step-by-step procedure for the co-cultivation of human macrophages and hMSCs on fiber-based scaffolds.
Regarding the scaffold morphologies tested within this thesis to improve M2-like polarization, box-shaped scaffolds outperformed triangular-, round- or disordered-shaped ones. Upon further investigation of scaffolds with box-shaped pores and precise inter-fiber spacing from 100 µm down to only 40 µm, decreasing pore sizes facilitated primary human macrophage elongation accompanied by their differentiation towards the M2 type, which was most pronounced for the smallest pore size of 40 µm. To the best of my knowledge, this was the first time that the elongation of human macrophages in a 3D environment has been correlated to their M2-like polarization. Thus, these results may set the stage for the design, the assessment, and the selection of new biomaterials, which can positively affect the tissue regeneration.
The cell communication of both cell types, detected via mitochondria exchange in direct and indirect co-cultures systems, took place in both directions, i.e., from hMSCs to macrophages and vice versa. Thereby, in direct co-culture, tunneling nanotubes enabled the transfer from one cell type to the respective other, while in indirect co-culture, a non-directional transfer through extracellular vesicles (EVs) released into the medium seemed likely. Moreover, the phagocytic activity of macrophages after 2D co-cultivation and hence immunomodulation by hMSCs increased with the highest phagocytic rate after 48 h being most pronounced in direct co-cultivation.
As the commonly used serum supplements for macrophages and hMSCs, i.e., human serum (hS) and fetal calf serum (FCS), respectively, failed to support the respective other cell type during prolonged cultivation, these sera were replaced by human platelet lysate (hPL), which has been proven to be the optimal supplement for the co-cultivation of human macrophages with hMSCs within this thesis. Thereby, the phenotype of both cell types, the distribution of both cell populations, the phagocytic activity of macrophages, and the gene expression profiles were maintained and comparable to the respective standard mono-culture conditions. This was even true when hPL was applied without the anticoagulant heparin in all cultures with macrophages, and therefore, heparin was omitted for further experiments comprising hPL and macrophages.
Accordingly, a step-by-step operating procedure for the co-cultivation on fiber-based scaffolds has been established comprising the setup for 3D cultivation as well as the description of methods for the analysis of phenotypical and molecular changes upon contact with the biomaterial. The evaluation of the macrophage response depending on the cultivation with or without hMSCs and either on scaffolds or on plastic surfaces has been successfully achieved and confirmed the functionality of the suggested procedures.
In conclusion, the functional co-culture system of human macrophages and hMSCs established here can now be employed to assess biomaterials in terms of the immune response in a more in vivo-related way. Moreover, specifically designed scaffolds used within the present thesis showed auspicious design criteria positively influencing the macrophage polarization towards the anti-inflammatory, pro-healing type and might be adaptable to other biomaterials in future approaches.
Hence, follow-up experiments should focus on the evaluation of the co-culture outcome on promising scaffolds, and the suggested operating procedures should be adjusted to further kinds of biomaterials, such as cements or hydrogels.
Zu Beginn dieser Arbeit galten Kupfer(I)-emitter als vielversprechende Alternativen zu den bis dato führenden Iridium(III)-emittern, waren dabei aber nur sehr selten tatsächlich kompetitiv. Die oftmals verwendenten chelatisierenden Diimin- bzw. Phosphanliganden als π-Chromophorligand ermöglichten bei diesen Kupfer(I)-emittern die Nutzung von TADF als Emissionsmechanismus, womit in seltenen Fällen strahlenden Ratenkonstanten von kr > 105 s-1 erreicht wurden. Diese Werte konnten allerdings nicht für den gesamten sichtbaren Spektralbereich erzielt werden, was auf eingeschränkte Modifikationsmöglichkeiten sowie unvollständige Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zurückgeführt werden kann. Erklärtes Ziel dieser Arbeit war es folglich, die Modifikationsmöglichkeiten von Kupfer(I)-emittern deutlich zu vergrößern. Hierbei wurde besonderes Augenmerk auf die Verwendung von Carbenen als monodentaten π-Chromophorliganden gelegt.
Ausgehend von MeCAAC bzw. verschiedenen CAArCs konnte eine Bandbreite von Kupfer(I)- sowie Zink(II)-verbindungen synthetisiert sowie charakterisiert werden. Die durchgeführten Photolumineszenzstudien zeigen eindrucksvoll die Chromophoreigenschaften der verwendeten Carbene auf, werden doch Quantenausbeuten bis nahezu 1 sowie strahlende Ratenkonstanten von bis zu 9·105 s-1 erreicht. Es gelang somit also, Kupfer(I)-carbenverbindungen als vielversprechende Emitterklasse zu etablieren.
In einem zweiten Bereich wurden anschließend erste Versuche unternommen, die gewonnen Erkenntnisse auf das Feld der Zink(II)-carbenverbindungen zu übertragen. Dabei konnten wichtige Erkenntnisse hinsichtlich Struktur und Stabilität Zink(II)-MeCAAC-verbindungen erhalten werden.
Functions of bounded variation are most important in many fields of mathematics. This thesis investigates spaces of functions of bounded variation with one variable of various types, compares them to other classical function spaces and reveals natural “habitats” of BV-functions. New and almost comprehensive results concerning mapping properties like surjectivity and injectivity, several kinds of continuity and compactness of both linear and nonlinear operators between such spaces are given. A new theory about different types of convergence of sequences of such operators is presented in full detail and applied to a new proof for the continuity of the composition operator in the classical BV-space. The abstract results serve as ingredients to solve Hammerstein and Volterra integral equations using fixed point theory. Many criteria guaranteeing the existence and uniqueness of solutions in BV-type spaces are given and later applied to solve boundary and initial value problems in a nonclassical setting.
A big emphasis is put on a clear and detailed discussion. Many pictures and synoptic tables help to visualize and summarize the most important ideas. Over 160 examples and counterexamples illustrate the many abstract results and how delicate some of them are.
Eine suffiziente postoperative Schmerztherapie ist aus ökonomischen und medizinischen Gründen unerlässlich. Am Studienstandort kommt bisher ein diskontinuierliches Schmerzmanagement zum Einsatz, bei dem die Patienten nach operativen Schultereingriffen wiederholt zwei- bis dreimal täglich über einen ISK eine höhere Dosis Ropivacain verabreicht bekommen. Aufgrund der klinikinternen Personal- und Organisationsstruktur kann keine 24stündige Analgesie mittels Lokalanästhetikum sichergestellt werden und die Versorgungslücken müssen durch eine systemische Bedarfsmedikation überbrückt werden. Die Nachteile der bisherigen Vorgehensweise begründen die Einführung einer elastomeren Schmerzpumpe, die eine kontinuierliche und patientenvermittelte Schmerzbehandlung ermöglicht. Die Studie vergleicht in einem Beobachtungszeitraum von max. 72h den Schmerzverlauf, die Häufigkeit von Nebenwirkungen durch das Lokalanästhetikum, die Anzahl der zusätzlich verabreichten Bedarfsanalgetika, die Zufriedenheit und den Kostenaufwand der beiden Analgesieverfahren. Hierzu nehmen je Vergleichsgruppe 25 Patienten an der Untersuchung teil. Hinsichtlich des Schmerzverlaufs kann bei suffizientem Therapieerfolg kein signifikanter Unterschied festgestellt werden. Dasselbe gilt auch für das Auftreten von unerwünschten Arzneimittelwirkungen. Hingegen können Bedarfsanalgetika bei dem Einsatz einer kontinuierlichen und patientenvermittelten Schmerztherapie reduziert werden. Auch die Zufriedenheit mit dem Schmerzmanagement war in dieser Stichprobe größer. Durch die Implementierung der neuen Prozessabfolge kommt es zu einer Reduzierung vieler Prozessschritte. Dennoch lassen sich bisher noch keine Gesamtkosten durch das neue Verfahren senken, wobei durch weitere Routine und evtl. weitere Optimierung der Abläufe ein mögliches zusätzliches Einsparpotenzial besteht. Abschließend wird daher auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse empfohlen, dass mit jedem Patienten beide Ansätze besprochen werden und individuell entschieden wird, welche Therapieform für den Patienten am geeignetsten erscheint.
Aims
Ischaemic stroke (IS) might induce alterations of cardiac function. Prospective data on frequency of cardiac dysfunction and heart failure (HF) after IS are lacking. We assessed prevalence and determinants of diastolic dysfunction (DD), systolic dysfunction (SD), and HF in patients with acute IS.
Methods and results
The Stroke‐Induced Cardiac FAILure in mice and men (SICFAIL) study is a prospective, hospital‐based cohort study. Patients with IS underwent a comprehensive assessment of cardiac function in the acute phase (median 4 days after IS) including clinical examination, standardized transthoracic echocardiography by expert sonographers, and determination of blood‐based biomarkers. Information on demographics, lifestyle, risk factors, symptoms suggestive of HF, and medical history was collected by a standardized personal interview. Applying current guidelines, cardiac dysfunction was classified based on echocardiographic criteria into SD (left ventricular ejection fraction < 52% in men or <54% in women) and DD (≥3 signs of DD in patients without SD). Clinically overt HF was classified into HF with reduced, mid‐range, or preserved ejection fraction. Between January 2014 and February 2017, 696 IS patients were enrolled. Of them, patients with sufficient echocardiographic data on SD were included in the analyses {n = 644 patients [median age 71 years (interquartile range 60–78), 61.5% male]}. In these patients, full assessment of DD was feasible in 549 patients without SD (94%). Prevalence of cardiac dysfunction and HF was as follows: SD 9.6% [95% confidence interval (CI) 7.6–12.2%]; DD in patients without SD 23.3% (95% CI 20.0–27.0%); and clinically overt HF 5.4% (95% CI 3.9–7.5%) with subcategories of HF with preserved ejection fraction 4.35%, HF with mid‐range ejection fraction 0.31%, and HF with reduced ejection fraction 0.78%. In multivariable analysis, SD and fulfilment of HF criteria were associated with history of coronary heart disease [SD: odds ratio (OR) 3.87, 95% CI 1.93–7.75, P = 0.0001; HF: OR 2.29, 95% CI 1.04–5.05, P = 0.0406] and high‐sensitive troponin T at baseline (SD: OR 1.78, 95% CI 1.31–2.42, P = 0.0003; HF: OR 1.66, 95% CI 1.17–2.33, P = 0.004); DD was associated with older age (OR 1.08, 95% CI 1.05–1.11, P < 0.0001) and treated hypertension vs. no hypertension (OR 2.84, 95% CI 1.23–6.54, P = 0.0405).
Conclusions
A substantial proportion of the study population exhibited subclinical and clinical cardiac dysfunction. SICFAIL provides reliable data on prevalence and determinants of SD, DD, and clinically overt HF in patients with acute IS according to current guidelines, enabling further clarification of its aetiological and prognostic role.
Objectives: We compared the effect of different didactic formats - e - learning and role-playing - on medical students' knowledge and counselling skills in smoking cessation training.
Methods: At a German medical school, 145 third-year students were randomly allocated to attend an online course with video examples or an attendance course with role-playing. Students were trained in smoking cessation counselling according to the 5A's (ask, advise, assess, assist, arrange) for approximately 90 minutes. Practical skills were measured in an objective structured clinical examination (OSCE) and represent the primary endpoint of this prospective comparative study. Additionally, changes in theoretic knowledge were assessed by pre - and post - interventional questionnaires and a final written exam.
Results: In the OSCE, overall scores were higher in the attendance group (Mdn=70.8 % vs. 62.8 %; U=119; p=.087, n=36), but a statistical advantage was only found in one single counselling sequence (“Assist”: Mdn=66.7 % vs. 51.4 %; p = .049) and the rating of the standardised patients (M=4.7 vs. 4.2 out of 5 points, t(27.836)=2.0, p=.028). Students’ results (n=130) from self-assessment and written exams suggest that both approaches are equally well suited to increase theoretical knowledge. The online course was more time efficient (90 vs. 73 minutes).
Conclusions: Seminar and web-based training seem equally well suited for transferring knowledge and skills on tobacco cessation counselling. Considering their particular strengths, these two teaching approaches could be combined.
Background
Landscape composition is known to affect both beneficial insect and pest communities on crop fields. Landscape composition therefore can impact ecosystem (dis)services provided by insects to crops. Though landscape effects on ecosystem service providers have been studied in large-scale agriculture in temperate regions, there is a lack of representation of tropical smallholder agriculture within this field of study, especially in sub-Sahara Africa. Legume crops can provide important food security and soil improvement benefits to vulnerable agriculturalists. However, legumes are dependent on pollinating insects, particularly bees (Hymenoptera: Apiformes) for production and are vulnerable to pests. We selected 10 pigeon pea (Fabaceae: Cajunus cajan (L.)) fields in Malawi with varying proportions of semi-natural habitat and agricultural area within a 1 km radius to study: (1) how the proportion of semi-natural habitat and agricultural area affects the abundance and richness of bees and abundance of florivorous blister beetles (Coleoptera: Melloidae), (2) if the proportion of flowers damaged and fruit set difference between open and bagged flowers are correlated with the proportion of semi-natural habitat or agricultural area and (3) if pigeon pea fruit set difference between open and bagged flowers in these landscapes was constrained by pest damage or improved by bee visitation.
Methods
We performed three, ten-minute, 15 m, transects per field to assess blister beetle abundance and bee abundance and richness. Bees were captured and identified to (morpho)species. We assessed the proportion of flowers damaged by beetles during the flowering period. We performed a pollinator and pest exclusion experiment on 15 plants per field to assess whether fruit set was pollinator limited or constrained by pests.
Results
In our study, bee abundance was higher in areas with proportionally more agricultural area surrounding the fields. This effect was mostly driven by an increase in honeybees. Bee richness and beetle abundances were not affected by landscape characteristics, nor was flower damage or fruit set difference between bagged and open flowers. We did not observe a positive effect of bee density or richness, nor a negative effect of florivory, on fruit set difference.
Discussion
In our study area, pigeon pea flowers relatively late—well into the dry season. This could explain why we observe higher densities of bees in areas dominated by agriculture rather than in areas with more semi-natural habitat where resources for bees during this time of the year are scarce. Therefore, late flowering legumes may be an important food resource for bees during a period of scarcity in the seasonal tropics. The differences in patterns between our study and those conducted in temperate regions highlight the need for landscape-scale studies in areas outside the temperate region.
Two series of organic–inorganic composite materials were synthesized through solvothermal imine condensation between diketopyrrolopyrrole dialdehyde DPP-1 and 5,10,15,20-tetrakis(4-aminophenyl)porphyrin (TAPP) in the presence of varying amounts of either amino- or carboxy-functionalized superparamagnetic iron oxide nanoparticles (FeO). Whereas high FeO loading induced cross-linking of the inorganic nanoparticles by amorphous imine polymers, a lower FeO content resulted in the formation of crystalline covalent organic framework domains. All hybrid materials were analyzed by magnetization measurements, powder X-ray diffraction, electron microscopy, IR, and UV/Vis absorption spectroscopy. Crystallinity, chromophore stacking, and visible absorption features are directly correlated to the mass fraction of the components, thus allowing for a fine-tuning of materials properties.
Many species synchronize reproductive behavior with a particular phase of the lunar cycle to increase reproductive success. In humans, a lunar influence on reproductive behavior remains controversial, although the human menstrual cycle has a period close to that of the lunar cycle. Here, we analyzed long-term menstrual recordings of individual women with distinct methods for biological rhythm analysis. We show that women’s menstrual cycles with a period longer than 27 days were intermittently synchronous with the Moon’s luminance and/or gravimetric cycles. With age and upon exposure to artificial nocturnal light, menstrual cycles shortened and lost this synchrony. We hypothesize that in ancient times, human reproductive behavior was synchronous with the Moon but that our modern lifestyles have changed reproductive physiology and behavior.
High attrition-rates entailed by drug testing in 2D cell culture and animal models stress the need for improved modeling of human tumor tissues. In previous studies our 3D models on a decellularized tissue matrix have shown better predictivity and higher chemoresistance. A single porcine intestine yields material for 150 3D models of breast, lung, colorectal cancer (CRC) or leukemia. The uniquely preserved structure of the basement membrane enables physiological anchorage of endothelial cells and epithelial-derived carcinoma cells. The matrix provides different niches for cell growth: on top as monolayer, in crypts as aggregates and within deeper layers. Dynamic culture in bioreactors enhances cell growth. Comparing gene expression between 2D and 3D cultures, we observed changes related to proliferation, apoptosis and stemness. For drug target predictions, we utilize tumor-specific sequencing data in our in silico model finding an additive effect of metformin and gefitinib treatment for lung cancer in silico, validated in vitro. To analyze mode-of-action, immune therapies such as trispecific T-cell engagers in leukemia, as well as toxicity on non-cancer cells, the model can be modularly enriched with human endothelial cells (hECs), immune cells and fibroblasts. Upon addition of hECs, transmigration of immune cells through the endothelial barrier can be investigated. In an allogenic CRC model we observe a lower basic apoptosis rate after applying PBMCs in 3D compared to 2D, which offers new options to mirror antigen-specific immunotherapies in vitro. In conclusion, we present modular human 3D tumor models with tissue-like features for preclinical testing to reduce animal experiments.
Background: Computed tomography (CT) pulmonary angiography is the diagnostic reference standard in suspected pulmonary embolism (PE). Favorable results for dual-energy CT (DECT) images have been reported for this condition. Nowadays, dual-energy data acquisition is feasible with different technical options, including a single-source split-filter approach. Therefore, the aim of this retrospective study was to investigate image quality and radiation dose of thoracic split-filter DECT in comparison to conventional single-energy CT in patients with suspected PE.
Methods: A total of 110 CT pulmonary angiographies were accomplished either as standard single-energy CT with automatic tube voltage selection (ATVS) (n=58), or as split-filter DECT (n=52). Objective [pulmonary artery CT attenuation, signal-to-noise ratio (SNR), contrast-to-noise ratio (CNR)] and subjective image quality [four-point Likert scale; three readers (R)] were compared among the two study groups. Size-specific dose estimates (SSDE), dose-length-product (DLP) and volume CT dose index (CTDIvol) were assessed for radiation dose analysis.
Results: Split-filter DECT images yielded 67.7% higher SNR (27.0 vs. 16.1; P<0.001) and 61.9% higher CNR (22.5 vs. 13.9; P<0.001) over conventional single-energy images, whereas CT attenuation was significantly lower (344.5 vs. 428.2 HU; P=0.013). Subjective image quality was rated good or excellent in 93.0%/98.3%/77.6% (R1/R2/R3) of the single-energy CT scans, and 84.6%/82.7%/80.8% (R1/R2/R3) of the split-filter DECT scans. SSDE, DLP and CTDIvol were significantly lower for conventional single-energy CT compared to split-filter DECT (all P<0.05), which was associated with 26.7% higher SSDE.
Conclusions: In the diagnostic workup of acute PE, the split-filter allows for dual-energy data acquisition from single-source single-layer CT scanners. The existing opportunity to assess pulmonary “perfusion” based on analysis of iodine distribution maps is associated with higher radiation dose in terms of increased SSDE than conventional single-energy CT with ATVS. Moreover, a proportion of up to 3.8% non-diagnostic examinations in the current reference standard test for PE is not negligible.
Single mRNA molecules are frequently detected by single molecule fluorescence in situ hybridization (smFISH) using branched DNA technology. While providing strong and background-reduced signals, the method is inefficient in detecting mRNAs within dense structures, in monitoring mRNA compactness and in quantifying abundant mRNAs. To overcome these limitations, we have hybridized slices of high pressure frozen, freeze-substituted and LR White embedded cells (LR White smFISH). mRNA detection is physically restricted to the surface of the resin. This enables single molecule detection of RNAs with accuracy comparable to RNA sequencing, irrespective of their abundance, while at the same time providing spatial information on RNA localization that can be complemented with immunofluorescence and electron microscopy, as well as array tomography. Moreover, LR White embedding restricts the number of available probe pair recognition sites for each mRNA to a small subset. As a consequence, differences in signal intensities between RNA populations reflect differences in RNA structures, and we show that the method can be employed to determine mRNA compactness. We apply the method to answer some outstanding questions related to trans-splicing, RNA granules and mitochondrial RNA editing in single-cellular trypanosomes and we show an example of differential gene expression in the metazoan Caenorhabditis elegans.
Derzeit gilt das Vulnerabilitäts-Stressmodell im Sinne eines multifaktoriellen Erklärungsmodells als am besten geeignet, um die Ätiopathogenese der Angsterkrankungen abzubilden. Als Brücke zwischen den genetischen Faktoren und den auf ein Individuum einwirkenden Umweltfaktoren werden epigenetische Mechanismen verstanden. Hierzu zählt die Methylierung bestimmter DNA-Bereiche, welche durch die DNA-Methyltransferasen vermittelt wird. Diese Enzyme waren in Verbindung mit Angsterkrankungen bisher kaum im Fokus psychiatrischer Forschung.
Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit ausgewählten Einzelnukleotidpolymorphismen des DNMT3A- und DNMT3B-Gens und untersucht, ob diese SNPs und/oder deren Haplotypen zum einen mit der Panikstörung und zum andern mit dimensionalen psychologischen Charakteristiken, wie angstbezogener Kognition oder Angstsensitivität, assoziiert sind.
Zusammenfassend konnte eine signifikante bzw. nominal signifikante Assoziation der zweier SNPs mit angstbezogenen Charakteristiken wie der angstbezogenen Kognition und der Angstsensitivität gezeigt werden.
Um die gefundenen Assoziationen besser beurteilen zu können, ist in Folgeuntersuchungen eine Replikation in einer weiteren Probandengruppe und in einer angemessen großen Patienten- und Fall-Kontroll-Gruppe mit ausreichender Teststärke erforderlich. Aufgrund der nachgewiesenen Assoziation mit dem PSWQ bietet sich auch die Untersuchung eines anderen Angstphänotypen, der Generalisierten Angststörung, an. Als weiterer Schritt sind Untersuchungen zur Klärung der Funktionalität der signifikant assoziierten SNPs anzustreben. In der Literatur wird zudem eine weitere DNMT, die Dnmt1, mit der Furchtkonditionierung assoziiert und auch die Methylierungsmuster der DNMTs selbst scheinen einen Einfluss auf die Entwicklung von Angststörungen zu haben. Eine Untersuchung des DNMT1-Gens und der Methylierungsmuster der DNMT-Gene sind daher weitere sinnvolle Schritte, um einen möglichen Einfluss von DNMTs auf die Entstehung von Angsterkrankungen und auf angstbezogene psychologische Charakteristiken besser zu verstehen.
Im Rahmen einer retrospektiven Datenanalyse über einen Zeitraum von 6 Jahren wurde an Hand von 814 operierten Hoden die Koinzidenz eines Maldescensus testis mit einer Morgagni-Hydatide untersucht. Dabei ergab sich eine Hydatidengesamtprävalenz bei erfolgter Hodenhülleneröffnung nicht-deszendierter Hoden von 62,66 %. Zusätzlich konnten wir eine Korrelation zwischen Patientenalter und Größenausprägung der Hydatiden feststellen. Entsprechend der Studienergebnisse kann die Vermutung geäußert werden, dass von einer Größenwachstumsdynamik der Hydatiden – am ehesten unter Hormoneinfluss – in Bezug zum Patientenalter ausgegangen werden kann.
Protocadherine (Pcdh) sind im zentralen Nervensystem (ZNS) stark exprimiert und üben vielfältige Funktionen bei der neuronalen Entwicklung aus. Der Knockout eines Vertreters der Pcdhs, PcdhgC3, führt zu Veränderungen in tight junction Proteinleveln in mikrovaskulären Endothelzellen der Blut-Hirn-Schranke (BBB). In dieser Arbeit untersuche ich die Rolle des PcdhgC3 Knockouts (KO) in Transportern der Blut-Hirn-Schranke sowie dessen Auswirkungen auf die Signaltransduktion mittels Serumreduktion, Zellmigrationsversuchen, Signalweg-Inhibierung und Sauerstoff-Glucose-Entzug. Der PcdhgC3 Knockout resultiert in veränderten Proteinleveln der BBB Transporter und könnte ein vielversprechendes Therapieziel zukünftiger Pharmakotherapie sein. Ebenso führt die Serumreduktion in den KO-Zellen zu höheren Leveln von Signalkinasen (Erk). Die Knockout-Zelllinie zeigt signifikant schnellere Migrationsraten und scheint durch Signalweg-Inhibitoren (mTOR, MAPK, wnt-Inhibitoren) stärker im Wachstum reduziert zu sein. So könnte PcdhgC3 eine Rolle bei der Regulierung von Signalwegen spielen und zu einer veränderten Integrität der Blut-Hirn-Schranke beitragen.
Having control over the landscape played an important role in the geography and economy of Egypt from the predynastic period onwards. Especially from the beginning of the Old Kingdom, we have evidence that kings created new places (funerary domains) called (centers) and (Ezbah) for the equipment of the building projects of the royal tomb and the funerary cult of the king, as well as to ensure the eternal life of both kings and individuals. Kings used these localities in order to do so, and they oftentimes expanded the border of an existing nome and created new establishments. Consequently, these establishments were united or divided into new nomes. The paper discusses the geography of Lower Egypt and the associated royal domains in the early Fifth Dynasty based on the new discoveries from the causeway of Sahura at Abusir.
Prospective longitudinal follow‐up of left ventricular ejection fraction (LVEF) trajectories after acute cardiac decompensation of heart failure is lacking. We investigated changes in LVEF and covariates at 6‐months' follow‐up in patients with a predischarge LVEF ≤40%, and determined predictors and prognostic implications of LVEF changes through 18‐months' follow‐up.
Methods and Results
Interdisciplinary Network Heart Failure program participants (n=633) were categorized into subgroups based on LVEF at 6‐months' follow‐up: normalized LVEF (>50%; heart failure with normalized ejection fraction, n=147); midrange LVEF (41%–50%; heart failure with midrange ejection fraction, n=195), or persistently reduced LVEF (≤40%; heart failure with persistently reduced LVEF , n=291). All received guideline‐directed medical therapies. At 6‐months' follow‐up, compared with patients with heart failure with persistently reduced LVEF, heart failure with normalized LVEF or heart failure with midrange LVEF subgroups showed greater reductions in LV end‐diastolic/end‐systolic diameters (both P<0.001), and left atrial systolic diameter (P=0.002), more increased septal/posterior end‐diastolic wall‐thickness (both P<0.001), and significantly greater improvement in diastolic function, biomarkers, symptoms, and health status. Heart failure duration <1 year, female sex, higher predischarge blood pressure, and baseline LVEF were independent predictors of LVEF improvement. Mortality and event‐free survival rates were lower in patients with heart failure with normalized LVEF (P=0.002). Overall, LVEF increased further at 18‐months' follow‐up (P<0.001), while LV end‐diastolic diameter decreased (P=0.048). However, LVEF worsened (P=0.002) and LV end‐diastolic diameter increased (P=0.047) in patients with heart failure with normalized LVEF hospitalized between 6‐months' follow‐up and 18‐months' follow‐up.
Conclusions
Six‐month survivors of acute cardiac decompensation for systolic heart failure showed variable LVEF trajectories, with >50% showing improvements by ≥1 LVEF category. LVEF changes correlated with various parameters, suggesting multilevel reverse remodeling, were predictable from several baseline characteristics, and were associated with clinical outcomes at 18‐months' follow‐up. Repeat hospitalizations were associated with attenuation of reverse remodeling."
In the course of this work, a total of three photocatalytically active dyads for proton reduction could be synthesized together with the associated individual components. Two of them, D1 and D2, comprised a [Ru(bpy)3]2+ photosensitizer and D3 an [Ir(ppy)2bpy]+ photosensitizer. A Ppyr3-substituted propyldithiolate [FeFe] complex was used as catalyst in all systems. The absorption spectroscopic and electrochemical investigations showed that an inner-dyadic electronic coupling is effectively prevented in the dyads due to conjugation blockers within the bridging units used. The photocatalytic investigations exhibited that all dyad containing two-component systems (2CS) showed a significantly worse performance than the corresponding bimolecular three-component systems (3CS). Transient absorption spectroscopy showed that the 2CS behave very similarly to the associated multicomponent systems during photocatalysis. The electron that was intended for the intramolecular transfer from the photosensitizer unit to the catalyst unit within the dyads remains at the photosensitizer for a relatively long time, analogous to the 3CS and despite the covalently bound catalyst. It is therefore assumed that this intramolecular electron transfer is likely to be hindered as a result of the weak electronic coupling caused by the bridge units used. Instead, the system bypasses this through an intermolecular transfer to other dyad molecules in the immediate vicinity. In addition, with the help of emission quenching experiments and electrochemical investigations, it could be clearly concluded that all investigated systems proceed via the reductive quenching mechanism during photocatalysis.
Der Unishunt der Firma Codman gilt als Niederdruck-System und führt in aufrechter Körperposition zur erheblichen Überdrainage. Das Delta-System der Firma Medtronic hingegen soll durch seinen Ventilmechanismus eine Überdrainage verhindern und den Liquordruck in einem physiologischen Rahmen halten. Die vorliegende Studie untersucht die Frage, ob das Delta-System gegenüber dem Unishunt einen Vorteil hinsichtlich der Überdrainage aufweist, der sich an der revisionsfreien Funktionsdauer zeigt. Unter Berücksichtigung der Ventrikelweite prüften wir insbesondere, ob die Überdrainage und die damit verbundenen Komplikationen verringert werden können. In einer retrospektiven Fall-Sammel-Studie wurden die Patientendaten von 199 Kindern im Alter zwischen einem Tag und 10.4 Jahren ausgewertet, die im Zeitraum vom 01.01.1985 bis 01.03.2002 in der Abteilung für pädiatrische Neurochirurgie der Universitätsklinik Würzburg eine Erstimplantation eines ventrikuloperitonealen oder -atrialen Shunts mit Verwendung eines Unishunts (n= 138) oder eines Delta-Systems (n=61) erhielten. Gewertet wurden alle mechanischen oder infektiösen Komplikationen, die zu einer operativen Shuntrevision führten. Bei den mechanischen Komplikationen unterschieden wir zwischen proximaler Obstruktion, distaler Obstruktion, Migration, Diskonnektion oder Katheterriss, Ventilunterfunktion und Überdrainage. Als Überdrainage wurden operationspflichtige Subduralergüsse, eindeutige Unterdruck-beschwerden und das Slit-Ventricle-Syndrom gewertet. Asymptomatische Subdural-ergüsse und andere nicht operationspflichtige Funktionsanomalien werteten wir nicht als Komplikation. Als Shuntinfektion bezeichneten wir klinische und laborchemische Zeichen einer bakteriellen Infektion, die nach Shuntexplantation abklangen. Die durchschnittliche Funktionsdauer der Shunts wurde in vorliegender Studie durch das Delta-System nicht verlängert. Die kumulative Revisionswahrscheinlichkeit nach einem Jahr betrug beim Unishunt 30.6 %, beim Delta-System 24.9 %, lag aber nach fünf Jahren mit 58.0 % beim Delta-System höher als beim Unishunt (40.9 %). Bei den mechanischen Komplikationen ergab sich als wesentlicher Unterschied zwischen beiden getesteten Systemen eine häufigere distale Blockade des Peritonealkatheters beim Unishunt, die aber durch häufigere Ventilfehlfunktion des Delta-Systems weitgehend ausgeglichen wurde. Die niedrigste Druckstufe führte beim Delta-System signifikant häufiger zu einer proximalen Obstruktion als die höchste. Die eigenen Untersuchungsergebnisse sprechen dafür, dass Delta-Ventile tatsächlich der Neigung zur Überdrainage entgegenwirken, ohne dass sich dieser Vorteil in der Revisionsrate bemerkbar macht. Das Delta-System führt zu einer niedrigeren Überdrainagerate und weniger Überdrainage-assoziierten Erscheinungen wie Subduralergüssen. Dieser Unterschied war am ehesten morphologisch zu erfassen, jedoch im Vergleich zum Unishunt nicht signifikant. Der Unishunt war mit einer höheren Infektionsrate von 11.6 % im Vergleich zum Delta-System (3.3 %) belastet. Der Unterschied lässt sich weder mit konstruktiven Ventilmerkmalen noch mit besonderen Maßnahmen der Infektionsprophylaxe erklären. Der im Vergleich zum Unishunt höhere Preis des Delta-Systems findet keinen Niederschlag in einer niedrigeren Komplikationsrate des Systems.
The nuclear envelope serves as important mRNA surveillance system. In yeast and humans, several control mechanisms act in parallel to prevent nuclear export of unprocessed mRNAs. However, trypanosomes lack homologues to most of the proteins involved. In addition, gene expression in trypanosomes relies almost completely on post-transcriptional regulation as they transcribe mRNAs as long polycistrons, which are subsequently processed into individual mRNA molecules by trans-splicing. As trans-splicing is not error-free, unspliced mRNAs may be recognized and prevented from reaching the cytoplasm by a yet unknown mechanism.
When trans-splicing is inhibited in trypanosomes, the formation of a novel RNA granule type at the cytoplasmic periphery of the nucleus, so called nuclear periphery granules (NPGs) was previously observed. To identify potential regulators of nuclear export control, changes in protein localization which occur when trans-splicing is inhibited, were globally analyzed during this work. For this, trypanosome nuclei were purified under conditions maintaining NPG attachment to the nucleus, in the absence and presence of trans-splicing. Mass spectrometry analyses identified 128 proteins which are specifically enriched in nuclear preparations of cells inhibited for trans-splicing. Amongst them are proteins, which change their localization to the nucleus or to the nuclear pores as well as many proteins that move into NPGs. Some of these proteins are promising candidates for nuclear export control proteins, as the changes in localization (to the nucleus or nuclear pores) were specific to the accumulation of unspliced mRNAs. The NPG proteome almost exclusively contains proteins involved in mRNA metabolism, mostly unique to trypanosomes, notably major translation initiation factors were absent. These data indicate that NPGs are RNP complexes which have started or completed nuclear export, but not yet entered translation. As a byproduct of these proteomic studies, a high-quality dataset of the yet unknown T. brucei nuclear proteome is provided, closing an important gap in knowledge to study trypanosome biology, in particular nuclear related processes.
NPGs were characterized in more detail by microscopy. The granules are cytoplasmic and present in at least two different trypanosome life cycle stages. There are at least two distinct granule subsets, with differences in protein composition. A closer analysis of NPGs by electron microscopy revealed that the granules are electron dense structures, which are connected to nuclear pores by string-like structures.
In order to approach the function of NPGs, on the one hand, the hypothesis that NPGs might be related to perinuclear germ granules of adult gonads of C. elegans was tested: we found no relation between the two granule types. On the other hand, initial single molecule mRNA FISH experiments performed in trypanosomes showed no accumulation of unspliced transcripts in NPGs, arguing against an involvement of the granules in mRNA quality control.
Hintergrund: Prognoseeinschätzung und Therapieplanung des kolorektalen Karzinoms richten sich nach traditionellen Klassifikationen und Staging-Systemen (TNM). Fraglich bleibt, ob diese die Komplexität der Tumorbiologie erfassen. Immunologische Parameter wie Tumor-infiltrierende Lymphozyten und Enzyme des Tryptophan-Stoffwechsels wie die Indoleamin-2,3-Dioxygenase (IDO) gewinnen zunehmend an Bedeutung. Hinsichtlich der prognostischen Wertigkeit einer IDO1-Expression in Malignomen und vor allem beim kolorektalen Karzinom herrscht Uneinigkeit. In Bezug auf neoadjuvant vorbehandelte Malignome gibt es bislang keine Untersuchungen.
Ziel: Ziel der Arbeit war es, die prognostische Rolle einer IDO1-Expression und CD8-T-Zell-Infiltration in Tumorproben von Patienten mit einem lokal fortgeschrittenen Rektumkarzinom nach neoadjuvanter Radiochemotherapie zu evaluieren sowie die Korrelationen mit klinisch-pathologischen Parametern und den Einfluss auf das Überleben zu untersuchen.
Material und Methoden: Evaluiert wurde die Expression von IDO1 und CD8 durch immunhistochemische Färbungen in 106 Tumorgewebeproben von Patienten nach neoadjuvanter Radiochemotherapie. Die Immuninfiltration wurde im Stroma, an der Invasionsfront und innerhalb der Tumorzellen betrachtet und mit retrospektiv erhobenen klinisch-pathologischen Parametern korreliert.
Ergebnis: Der IDO1-Gesamtscore korrelierte positiv mit dem CD8+-Gesamtscore. Eine hohe IDO1- bzw. CD8-Infiltration stellten sich als unabhängige prognostischer Marker für ein verbessertes rezidivfreies Überleben bzw. Gesamtüberleben dar.
Diskussion: Die Studie zeigt, dass die Analyse des lokalen Immunphänotyps ein hilfreiches Instrument sein kann, um Prognosen und Therapieansätze für Patienten mit lokal fortgeschrittenem Rektumkarzinom nach neoadjuvanter Radiochemotherapie besser abschätzen und langfristig an unterschiedlichen Immunprofilen orientieren zu können.
The tropomysin receptor kinase B (TrkB), the receptor for the neurotrophin brain-derived neurotrophic factor (BDNF), plays an important role in neuronal survival, neuronal differentiation, and cellular plasticity. Conventionally, TrkB activation is induced by binding of BDNF at extracellular sites and subsequent dimerization of receptor monomers. Classical Trk signaling concepts have failed to explain ligand-independent signaling of intracellular TrkB or oncogenic NTRK-fusion proteins. The intracellular activation domain of TrkB consists of a tyrosine kinase core, with three tyrosine (Y) residues at positions 701, 705 and 706, that catalyzes the phosphorylation reaction between ATPγ and tyrosine. The release of cisautoinhibition of the kinase domain activates the kinase domain and tyrosine residues outside of the catalytic domain become phosphorylated. The aim of this study was to find out how ligand-independent activation of TrkB is brought about. With the help of phosphorylation mutants of TrkB, it has been found that a high, local abundance of the receptor is sufficient to activate TrkB in a ligand-independent manner. This self-activation of TrkB was blocked when either the ATP-binding site or Y705 in the core domain was mutated. The vast majority of this self-active TrkB was found at intracellular locations and was preferentially seen in roundish cells, lacking filopodia. Live cell imaging of actin dynamics showed that self-active TrkB changed the cellular morphology by reducing actin filopodia formation. Signaling cascade analysis confirmed that self-active TrkB is a powerful activator of focal adhesion kinase (FAK). This might be the reason why self-active TrkB is able to disrupt actin filopodia formation. The signaling axis from Y705 to FAK could be mimicked by expression of the soluble, cytosolic TrkB kinase domain. However, the signaling pathway was inactive, when the TrkB kinase domain was targeted to the plasmamembrane with the help of artificial myristoylation membrane anchors. A cancer-related intracellular NTRK2-fusion protein (SQSTM1-NTRK2) also underwent constitutive kinase activation. In glioblastoma-like U87MG cells, self-active TrkB kinase reduced cell migration. These constitutive signaling pathways could be fully blocked within minutes by clinically approved, anti-tumorigenic Trk inhibitors. Moreover, this study found evidences for constitutively active, intracellular TrkB in tissue of human grade IV glioblastoma. In conclusion, the data provide an explanation and biological function for selfactive, constitutive TrkB kinase domain signaling, in the absence of a ligand.
Herein described is the discovery of three novel types of dimeric naphthylisoquinoline alkaloids, named mbandakamines, cyclombandakamines, and spirombandakamines. They were found in the leaves of a botanically as yet unidentified, potentially new Ancistrocladus species, collected in the rainforest of the Democratic Republic of the Congo (DRC). Mbandakamines showed an exceptional 6′,1′′-coupling, in the peri-position neighboring one of the outer axes, leading to an extremely high steric hindrance at the central axis, and to U-turn-like molecular shape, which – different from all other dimeric NIQs, whose basic structures are all quite linear – brings three of the four bicyclic ring systems in close proximity to each other. This created an unprecedented follow-up chemistry, involving ring closure reactions, leading to two further, structurally even more intriguing subclasses, the cyclo- and the spirombandakamines, displaying eight stereogenic elements (the highest total number ever found in naphthylisoquinoline alkaloids). The metabolites exhibited pronounced antiplasmodial and antitrypanosomal activities. Likewise reported in this doctoral thesis are the isolation and structural elucidation of naphthylisoquinoline alkaloids from two further potentially new Ancistrocladus species from DRC. Some of these metabolites have shown pronounced antiausterity activities against human pancreatic cancer PANC-1 cells.
Schmerz ist ein häufiges Problem bei Tumorpatienten und nach wie vor nicht ausreichend erkannt oder behandelt. Hierfür werden zunehmend standardisierte Fragebögen basierend auf patient-reported outcomes eingesetzt. QUIPS ist als solcher Fragebogen im perioperativen Bereich etabliert. Analog dazu wurde QUIKS als Fragebogen für das konservative Schmerzmanagement entwickelt. In dieser Studie konnte erstmals die Einsetzbarkeit des QUIKS-Bogens an Tumorpatienten getestet werden.
Die Patienten wurden einmalig während ihres stationären Aufenthaltes befragt, ergänzt um den IPOS Fragebogen um ein umfassendes Bild auch des palliativmedizinischen Unterstützungsbedarfs zu erhalten.
Die Ergebnisse zeigen, dass Schmerz bei konservativ behandelten Tumorpatienten insgesamt gut kontrolliert ist. Die bestehenden Strukturen sind geeignet, um Schmerzen zu erfassen und zu lindern. Dennoch sollte die Information über Schmerz und Schmerztherapie noch verbessert werden.
Aufgrund der umfassenden Erfassung verschiedener Aspekte wie Schmerzintensität, -entwicklung sowie schmerzbedingter Einschränkungen und der Zufriedenheit mit der Schmerztherapie scheint QUIKS ein geeignetes Instrument zur Erfassung der Schmerzsituation bei Tumorpatienten zu sein. Die aufgedeckten Schwächen des Bogens könnten nur durch deutlich höheren Zeit- und Personalaufwand behoben werden. In Kombination mit den Ergebnissen des IPOS Fragebogens konnte die Verlässlichkeit des QUIKS Bogens indirekt bestätigt werden.
Ants belong to the most successful insects living on our planet earth. One criterion of their tremendous success is the division of labor among workers that can be related to age (age¬– or temporal polyethism) and/ or body size (size–related polymorphism). Young ants care for the queen and brood in the nest interior and switch to foraging tasks in the outside environment with ongoing age. This highly flexible interior–exterior transition probably allows the ant workers to properly match the colony needs and is one of the most impressive behaviors a single worker undergoes during its life. As environmental stimuli are changing with this transition, workers are required to perform a new behavioral repertoire. This requires significant adaptions in sensory and higher¬–order integration centers in the brain, like the mushroom bodies. Furthermore, foragers need proper time measuring mechanisms to cope with daily environmental changes and to adapt their own mode of life. Therefore, they possess a functional endogenous clock that generates rhythms with a period length of approximately 24 hours. The species–rich genus of Camponotus ants constitute a rewarding model to study how behavioral duties of division of labor were performed and modulated within the colony and how synaptic plasticity in the brain is processed, as they can divide their labor to both, age and body size, simultaneously.
In my PhD thesis, I started to investigate the behavioral repertoire (like foraging and locomotor activity) of two sympatric Camponotus species, C. mus and C. rufipes workers under natural and under controlled conditions. Furthermore, I focused on the division of labor in C. rufipes workers and started to examine structural and ultrastructural changes of neuronal architectures in the brain that are accompanied by the interior–exterior transition of C. rufipes ants.
In the first part of my thesis, I started to analyze the temporal organization of task allocation throughout the life of single C. rufipes workers. Constant video–tracking of individually labeled workers for up to 11 weeks, revealed an age–related division of labor of interior and exterior workers. After emergence, young individuals are tended to by older ones within the first 48 hours of their lives before they themselves start nurturing larvae and pupae. Around 52% switch to foraging duties at an age of 14–20 days. The workers that switched to foraging
tasks are mainly media–sized workers and seem to be more specialized than nurses. Variations in proportion and the age of switching workers between and within different subcolonies indicate how highly flexible and plastic the age–related division of labor occurs in this ant species. Most of the observed workers were engaged in foraging tasks exclusively during nighttime. As the experiments were conducted in the laboratory, they are completely lacking environmental stimuli of the ants´ natural habitat.
I therefore asked in a second study, how workers of the two closely related Camponotus species, C. rufipes and C. mus, adapt their daily activity patterns (foraging and locomotor activity) under natural (in Uruguay, South America) and controlled (in the laboratory) conditions to changing thermal conditions. Monitoring the foraging activity of both Camponotus species in a field experiment revealed, that C. mus workers are exclusively diurnal, whereas C. rufipes foragers are predominantly nocturnal. However, some nests showed an elevated daytime activity, which could be an adaption to seasonally cold night temperatures. To further investigate the impact of temperature and light on the differing foraging activity patterns in the field, workers of both Camponotus species were artificially exposed to different thermal regimes in the laboratory, simulating local winter and summer conditions. Here again, C. mus workers display solely diurnal locomotor activity, whereas workers of C. rufipes shifted their locomotor activity from diurnal under thermal winter conditions to nocturnal under thermal summer conditions. Hence, the combination of both, field work and laboratory studies, shows that daily activity is mostly shaped by thermal conditions and that temperature cycles are not just limiting foraging activity but can be used as zeitgeber to schedule the outside activities of the nests.
Once an individual worker switches from indoor duties to exterior foraging tasks, it is confronted with an entirely new set of sensory information. To cope with changes of the environmental conditions and to facilitate the behavioral switch, workers need a highly flexible and plastic neuronal system. Hence, my thesis further focuses on the underlying neuronal adaptations of the visual system, including the optic lobes as the primary visual neuropil and the mushroom bodies as secondary visual brain neuropil, that are accompanied with the behavioral switch from nursing to foraging. The optic lobes as well as the mushroom bodies of light–deprived workers show an `experience–independent´ volume increase during the first two weeks of adulthood. An additional light exposure for 4 days induces an `experience–dependent´ decrease of synaptic complexes in the mushroom body collar,
followed by an increase after extended light exposure for 14 days. I therefore conclude, that the plasticity of the central visual system represents important components for the optimal timing of the interior–exterior transitions and flexibility of the age–related division of labor. These remarkable structural changes of synaptic complexes suggest an active involvement of the mushroom body neuropil in the lifetime plasticity that promotes the interior–exterior transition of Camponotus rufipes ants. Beside these investigations of neuronal plasticity of synaptic complexes in the mushroom bodies on a structural level, I further started to examine mushroom body synaptic structures at the ultrastructural level. Until recently, the detection of synaptic components in projection neuron axonal boutons were below resolution using classical Transmission Electron Microscopy. Therefore, I started to implement Electron Tomography to increase the synaptic resolution to understand architectural changes in neuronal plasticity process. By acquiring double tilt series and consecutive computation of the acquired tilt information, I am now able to resolve individual clear–core and dense–core vesicles within the projection neuron cytoplasm of C. rufipes ants. I additionally was able to reveal single postsynaptic Kenyon cell dendritic spines (~62) that surround one individual projection neuron bouton. With this, I could reveal first insights into the complex neuronal architecture of single projection neuron boutons in the olfactory mushroom body lip region. The high resolution images of synaptic architectures at the ultrastructural level, received with Electron Tomography would promote the understanding of architectural changes in neuronal plasticity.
In my PhD thesis, I demonstrate that the temporal organization within Camponotus colonies involves the perfect timing of different tasks. Temperature seems to be the most scheduling abiotic factors of foraging and locomotor activity. The ants do not only need to adapt their behavioral repertoire in accordance to the interior–exterior switch, also the parts in the peripheral and central that process visual information need to adapt to the new sensory environment.
Die extrazellulär Signal-regulierten Kinasen 1 und 2 (ERK1/2) spielen eine zentrale Rolle bei der Vermittlung kardialer Hypertrophie und dem Zellüberleben. Hypertrophe Stimuli aktivieren ERK1/2, triggern deren Dimerisierung und in der Folge die ERK188-Autophosphorylierung. Diese neu entdeckte Autophosphorylierung ist eine Voraussetzung für den nukleären Import von ERK1/2 und führt zum Entstehen pathologischer kardialer Hypertrophie. Da das Dimer Interface von ERK eine mögliche Zielstruktur darstellt, um selektiv die nukleären Signalwege von ERK zu unterbrechen, wurde untersucht, ob man mit Hemmung der ERK-Dimerisierung eine therapeutische Möglichkeit hat, um pathologische kardiale Hypertrophie zu verhindern. Dazu wurden verschiedene ERK2 Mutanten und Peptide generiert, um die ERK-Dimerisierung zu verhindern. Die Effekte dieser Konstrukte auf die ERK-Dimerisierung und den Kernimport wurden in verschiedenen Zelltypen mittels Fluoreszenzmikroskopie, Co-Immunopräzipitationen und Duolink proximity ligation assays getestet. Es konnte gezeigt werden, dass die Peptide effektiv die ERK-ERK Interaktion nach Stimulation mit Phenylephrin und/oder Carbachol verhindern. Zusätzlich reduzierten die Peptide ERKT188-Phosphorylierung und in der Folge den ERK-Import in den Nukleus und Kardiomyozytenhypertrophie. Normale ERK-Aktivierung wurde jedoch durch die Peptide nicht verhindert. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass das ERK-Dimer Interface eine wertvolle Zielstruktur ist, mit dem man nukleäre ERK1/2 Signalwege selektiv unterbrechen und damit effektiv Kardiomyozytenwachstum reduzieren kann, ohne gleichzeitig das Zellüberleben zu gefährden.
Aufgrund der bekannten Probleme der umlagefinanzierten gesetzlichen Rentenversicherung versucht der deutsche Gesetzgeber seit einiger Zeit, die eigenverantwortliche Altersvorsorge zu fördern. Häufig steht dabei die betriebliche Altersversorgung (bAV) im Fokus. In dieser Arbeit wird mittels Experten- und Arbeitnehmerinterviews ausführlich herausgearbeitet, wo zentrale Verbreitungshemmnisse der bAV liegen und wie diese durch Anpassung der steuer- und sozialversicherungsrechtlichen Rahmenbedingungen adressiert werden können. Wesentliche Elemente dieser Reformüberlegungen sind in das zum 01.01.2018 in Kraft getretene Betriebsrentenstärkungsgesetz eingeflossen.
Daneben wird in dieser Arbeit mithilfe einer experimentalökonomischen Analyse gezeigt, wie verschiedene Arten der Besteuerung individuelle Sparentscheidungen beeinflussen können. Dabei wird deutlich, dass Individuen die Wirkung einer nachgelagerten Besteuerung häufig nicht korrekt wahrnehmen.
The transcription factor NRF2 is considered as the master regulator of cytoprotective and ROS-detoxifying gene expression. Due to their vulnerability to accumulating reactive oxygen species, melanomas are dependent on an efficient oxidative stress response, but to what extent melanomas rely on NRF2 is only scarcely investigated so far. In tumor entities harboring activating mutations of NRF2, such as lung adenocarcinoma, NRF2 activation is closely connected to therapy resistance. In melanoma, activating mutations are rare and triggers and effectors of NRF2 are less well characterized.
This work revealed that NRF2 is activated by oncogenic signaling, cytokines and pro-oxidant triggers, released cell-autonomously or by the tumor microenvironment. Moreover, silencing of NRF2 significantly reduced melanoma cell proliferation and repressed well-known NRF2 target genes, indicating basal transcriptional activity of NRF2 in melanoma. Transcriptomic analysis showed a large set of deregulated gene sets, besides the well-known antioxidant effectors. NRF2 suppressed the activity of MITF, a marker for the melanocyte lineage, and induced expression of epidermal growth factor receptor (EGFR), thereby stabilizing the dedifferentiated melanoma phenotype and limiting pigmentation markers and melanoma-associated antigens. In general, the dedifferentiated melanoma phenotype is associated with a reduced tumor immunogenicity. Furthermore, stress-inducible cyclooxygenase 2 (COX2) expression, a crucial immune-modulating gene, was regulated by NRF2 in an ATF4-dependent manner. Only in presence of both transcription factors was COX2 robustly induced by H2O2 or TNFα. COX2 catalyzes the first step of the prostaglandin E2 (PGE2) synthesis, which was described to be associated with tumor immune evasion and reduction of the innate immune response.
In accordance with these potentially immune-suppressive features, immunocompetent mice injected with NRF2 knockout melanoma cells had a strikingly longer tumor-free survival compared to NRF2-proficient cells. In line with the in vitro data, NRF2-deficient tumors showed suppression of COX2 and induction of MITF. Furthermore, transcriptomic analyses of available tumors revealed a strong induction of genes belonging to the innate immune response, such as RSAD2 and IFIH1. The expression of these genes strongly correlated with immune evasion parameters in human melanoma datasets and NRF2 activation or PGE2 supplementation limited the innate immune response in vitro.
In summary, the stress dependent NRF2 activation stabilizes the dedifferentiated melanoma phenotype and facilitates the synthesis of PGE2. As a result, NRF2 reduces gene expression of the innate immune response and promotes the generation of an immune-cold tumor microenvironment. Therefore, NRF2 not only elevated the ROS resilience, but also strongly contributed to tumor growth, maintenance, and immune control in cutaneous melanoma.
Gonorrhea is the second most common sexually transmitted infection worldwide and is caused by Gram-negative, human-specific diplococcus Neisseria gonorrhoeae. It colonizes the mucosal surface of the female reproductive tract and the male urethra. A rapid increase in antibiotic resistance makes gonorrhea a serious threat to public health worldwide. Since N. gonorrhoeae is a human-specific pathogen, animal infection models are not able to recapitulate all the features of infection. Therefore, a realistic in vitro cell culture model is urgently required for studying the gonorrhea infection. In this study, we established and characterized three independent 3D tissue models based on the porcine small intestinal submucosa (SIS) scaffold by co-culturing human dermal fibroblasts with human colorectal carcinoma, endometrial epithelial, and male uroepithelial cells. The histological, immunohistochemical, and ultra-structural analysis showed that the 3D SIS scaffold-based models closely mimic the main characteristics of the site of gonococcal infection in the human host including the formation of epithelial monolayer, underlying connective tissue, mucus production, tight junction (TJ), and microvilli. In addition, functional analysis such as transepithelial electrical resistance (TEER) and barrier permeability indicated high barrier integrity of the cell layer. We infected the established 3D tissue models with different N. gonorrhoeae strains and derivatives presenting various phenotypes regarding adhesion and invasion. The results showed disruption of TJs and growing the interleukins production in response to the infection, which depends on the type of strain and cell. In addition, the 3D tissue models supported bacterial survival, which provided an appropriate in vitro model for long-term infection study. This could be mainly because of the high resilience of the 3D tissue models based on the SIS scaffold to the infection in terms of alteration in permeability, cell destruction, and bacterial transmigration.
During gonorrhea infection, a high level of neutrophils migrates to the site of infection. The studies also showed that N. gonorrhoeae can survive or even replicate inside the neutrophils. Therefore, studying the interaction between neutrophils and N. gonorrhoeae is substantially under scrutiny. For this purpose, we generated a 3D tissue model by triple co-culturing of human primary fibroblast cells, human colorectal carcinoma cells, and human umbilical vein endothelial cells. The tissue model was subsequently infected by N. gonorrhoeae. A perfusion-based bioreactor system was employed to recreate blood flow in the side of endothelial cells and consequently study human neutrophils transmigration to the site of infection. We observed neutrophils activation upon the infection. Furthermore, we demonstrated the uptake of N. gonorrhoeae by human neutrophils and reverse transmigration of neutrophils to the basal side carrying N. gonorrhoeae. In summary, the introduced 3D tissue models in this research represent a promising tool to investigate N. gonorrhoeae infections under close-to-natural conditions.
In dieser Arbeit werden die Toxizitäten und Ansprechraten der postoperativen Bestrahlung des Prostatakarzinoms evaluiert. Das Kollektiv umfasst 219 Patienten, die bei Risikofaktoren eine adjuvante, oder bei PSA-Rezidiv eine salvage Bestrahlung erhielten. Die Bestrahlung erfolgte unter Einsatz eines simultan integrierten Boosts.
Nutrition facts of pollen: nutritional quality and how it affects reception and perception in bees
(2021)
Nutrients belong to the key elements enabling life and influencing an organism’s fitness. The intake of nutrients in the right amounts and ratios can increase fitness; strong deviations from the optimal intake target can decrease fitness. Hence, the ability to assess the nutritional profile of food would benefit animals. To achieve this, they need the according nutrient receptors, the ability to interpret the receptor information via perceptive mechanisms, and the ability to adjust their foraging behavior accordingly. Additionally, eventually existing correlations between the nutrient groups and single nutrient compounds in food could help them to achieve this adjustment. A prominent interaction between food and consumer is the interaction between flowering plants (angiosperms) and animal pollinators. Usually both of the interacting partners benefit from this mutualistic interaction. Plants are pollinated while pollinators get a (most of the times) nutritional reward in form of nectar and/or pollen. As similar interactions between plants and animals seem to have existed even before the emergence of angiosperms, these interactions between insects and angiosperms very likely have co-evolved right from their evolutionary origin. Therefore, insect pollinators with the ability to assess the nutritional profile may have shaped the nutritional profile of plant species depending on them for their reproduction via selection pressure. In Chapter I of this thesis the pollen nutritional profile of many plant species was analyzed in the context of their phylogeny and their dependence on insect pollinators. In addition, correlations between the nutrients were investigated. While the impact of phylogeny on the pollen protein content was little, the mutual outcome of both of the studies included in this chapter is that protein content of pollen is mostly influenced by the plant’s dependence on insect pollinators. Several correlations found between nutrients within and between the nutrient groups could additionally help the pollinators to assess the nutrient profile of pollen. An important prerequisite for this assessment would be that the pollinators are able to differentiate between pollen of different plant species. Therefore, in Chapter II it was investigated whether bees have this ability. Specifically, it was investigated whether honeybees are able to differentiate between pollen of two different, but closely related plant species and whether bumblebees prefer one out of three pollen mixes, when they were fed with only one of them as larvae. Honeybees indeed were able to differentiate between the pollen species and bumblebees preferred one of the pollen mixes to the pollen mix they were fed as larvae, possibly due to its nutritional content. Therefore, the basis for pollen nutrient assessment is given in bees. However, there also was a slight preference for the pollen fed as larvae compared to another non-preferred pollen mix, at least hinting at the retention of larval memory in adult bumblebees. Chapter III looks into nutrient perception of bumblebees more in detail. Here it was shown that they are principally able to perceive amino acids and differentiate between them as well as different concentrations of the same amino acid. However, they do not seem to be able to assess the amino acid content in pollen or do not focus on it, but instead seem to focus on fatty acids, for which they could not only perceive concentration differences, but also were able to differentiate between. These findings were supported by feeding experiments in which the bumblebees did not prefer any of the pollen diets containing less or more amino acids but preferred pollen with less fatty acids. In no choice feeding experiments, bumblebees receiving a diet with high fatty acid content accepted undereating other nutrients instead of overeating fat, leading to increased mortality and the inability to reproduce. Hence, the importance of fat in pollen needs to be looked into further. In conclusion, this thesis shows that the co-evolution of flowering plants and pollinating insects could be even more pronounced than thought before. Insects do not only pressure the plants to produce high quality nectar, but also pressure those plants depending on insect pollination to produce high quality pollen. The reason could be the insects’ ability to receive and perceive certain nutrients, which enables them to forage selectively leading to a higher reproductive success of plants with a pollinator-suitable nutritional pollen profile.
Der „Discursus medicus et politicus“ von Tobias Geiger ist eine Handschrift aus dem Jahr 1656. Als eine Art Lebensbericht stellt das Werk ein Plädoyer für die Chirurgie als wichtigen Bestandteil der Medizin dar. Tobias Geiger skizziert nicht nur einen „rechten medicus“ in „tempore pacis, belli et pestis", sondern er beschäftigt sich zudem mit gesundheitspolitischen Themen, wie die Vereinigung von Chirurgie und Medizin in der Ausbildung, die Abschaffung sowohl von der Landfahrerei als auch von unqualifizierten Heilpersonen, die Prüfung des Heilpersonals sowie die Verbesserung der Spitäler. In der vorliegenden Dissertation wurde das Schriftstück zunächst editiert, die lateinischen Passagen übersetzt und kommentiert. Im Anschluss wurden die Inhalte für ein besseres Verständnis weiter aufgegliedert und in den historischen Kontext gestellt.
The Orphic Hymns consist of a prooemium and 87 hymns addressed to several deities in a late Orphic initiation of sorts. They were composed probably in Asia Minor during the second or third century CE. The bulk of these hymns are made up of divine epithets often linked together in chains of considerable length. The lexicon attempts to give a comprehensive account of the roughly 850 epithets, bringing together the most relevant information scattered in the scholarly literature and adding others from various sources (literary, epigraphic, lexicographic, scholia etc.) in order to provide an overview of their usage and the main details of their models.
Within the relatively new area of research on Third Language (L3) Acquisition, the subfield of phonology is growing, but still relatively understudied. Testing the current L3 models adopted from research on L3 syntax (see Rothman 2010, Bardel & Falk 2012, Flynn et al. 2004), the studies conducted in the area have mostly focused on the source and directionality of language transfer – both into the L3 and into the respective background languages – with some recent excursions into the role of extra-linguistic factors for multilingual learners (e.g., Wrembel 2015). The findings so far (mostly on production, with perception lagging behind) have been very diverse and, depending on the concrete study, can often be taken to give evidence for any of the prevalent models. This can be attributed to the wide range of different speaker and learner biographies as well as their language combinations and state of acquisition, but crucially the dilemma seems to be inherent in the (phonological) system in and of itself since viewing phonological interlanguage transfer as a one-dimensional and immediately transparent process based on direct correspondences between language systems does not seem to capture the complex nature of the phenomenon.
In this doctoral thesis I investigate the acquisition of an additional phonological system by child and adult German heritage speakers of Turkish. Specifically, I explore how the learners deal with diverse phonological contrasts that promote positive contra negative transfer from their HL (Turkish) and their L2 (German), and how their perception and production is modulated by cognitive and affective variables. Moreover, I test contrasts that can be found neither in the HL nor in the L2 phonological system.
The studies will shed light both on the question of how a new language is shaped and affected by different existing systems and on how two or more phonological grammars co-exist and/or interact in a speaker’s mind. I will argue that, rather than being regarded as simple full projection of language-specific property sets onto the target language, phonological transfer in multilinguals needs to be considered as a process of complex interactions and layers that are established on the level of individual phonological properties and abstract (typological) associations.
In der Puppenhandillusion (PHI) wird durch die synchrone Berührung der nicht-sichtbaren Hand des Probanden und einer sichtbaren Puppenhand ein illusio-näres Körperzugehörigkeitsgefühl induziert. Dieses Paradigma erlaubt es zu untersuchen, wie das Gehirn widersprüchliche multisensorische Informationen während einer perzeptiven Inferenz auflöst.
Vorausgehende Studien weisen darauf hin, dass der Konflikt zwischen visueller und propriozeptiver Information vor der PHI durch eine Abschwächung des so-matosensiblen Inputs behoben wird. Um herauszufinden, ob eine Exzitabilitäts-Minderung des primären somatosensiblen Kortex die PHI verstärken kann, kam die kathodale transkranielle Gleichstromstimulation (c-tDCS) zum Einsatz.
An dreißig gesunden Probanden wurde die PHI ohne (=baseline) und während tDCS untersucht. Jeder Proband erhielt kathodale, anodale und sham-Stimulation an drei unterschiedlichen Tagen im Abstand von je einer Woche. Das PHI-Paradigma wurde in sechs Distanzen (von 17,5 bis 67,5 cm) zwischen der eigenen Hand und der Puppenhand durchgeführt. Das Auftreten der PHI wurde anhand eines Fragebogens (Illusionsscore, IS) und der Abweichung der gefühlten Handposition in Bezug zur realen Position (relativer Drift, RD) evalu-iert. Die kathodale Stimulation war mit einem signifikanten Anstieg des IS im Vergleich zur anodalen Stimulation assoziiert, wohingegen die RD-Werte über alle Stimulationsarten hinweg vergleichbar waren.
Die fehlende Signifikanz zwischen Verum und Sham-Stimulation wurde auf die geringe Effektstärke bei vergleichsweise kleinem Probandenkollektiv bezogen.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen jedoch eine verstärkte Wahrnehmung der PHI unabhängig von demographischen Faktoren, wenn kathodale tDCS über dem kontralateralen primären somatosensiblen Kortex appliziert wurde. Dies unterstützt unsere Hypothese, dass eine Abschwächung der somatosensiblen Präzision den Weg für eine erleichterte Integration eines fremden Körperteils in das eigene Körperschema ebnet.
This work investigates the death and degradation of the second polar body of the nematode C. elegans in order to improve our understanding how pluripotent undifferentiated cells deal with dying cells. With the use of fluorescence microscopy this work demonstrates that both polar bodies loose membrane integrity early. The second polar body has contact to embryonic cells and gets internalized, dependent on the Rac1-ortholog CED-10.
The polar body gets degraded via LC3-associated phagocytosis. While lysosome recruitment depends on RAB-7, LC3 does not improve lysosome recruitment but still accelerates polar body degradation.
This work establishes the second polar body as a genetic model to study cell death and LC3-associated phagocytosis and has revealed further aspects of phagosome maturation and degradation.
Hintergrund: Bei erwachsenen Patient*innen mit Erkrankungen aus dem Schizophrenie-Spektrum konnte im transkraniellen Ultraschall im Vergleich zu gesunden Proband*innen eine signifikant erhöhte Echogenität der Substantia Nigra (SN) nachgewiesen werden. Zudem bestand ein Zusammenhang zwischen der SN-Fläche und stärker ausgeprägten extrapyramidalmotorischen Bewegungsstörungen unter Antipsychotikatherapie. In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, inwiefern die Echogenität der SN auch bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen als Biomarker für Erkrankungen aus dem psychotischen Formenkreis und als Korrelat psychopharmakologischer Nebenwirkungen herangezogen werden kann. Des Weiteren wurde der Einfluss von Alter, Krankheitsdauer sowie Antipsychotika-Lebenszeitdosis auf die SN-Echogenität untersucht sowie Zusammenhänge mit peripheren Eisenparametern.
Methoden: Hierfür wurden insgesamt 16 stationär behandelte Patient*innen zwischen 14 – 22 Jahren mit Erkrankungen aus dem schizophrenen Formenkreis sowie nach Alter und Geschlecht gematchte gesunde Kontrollen mittels TCS untersucht. Aus peripher entnommenem Blut wurden Parameter des Eisenhaushalts bestimmt.
Ergebnisse: Es konnten entgegen der Hypothese keine signifikanten Unterschiede in Bezug auf die Echogenität der SN im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe festgestellt werden. Bezüglich der Schwere der beobachteten EPMS ergab sich entgegen der Hypothese und im Kontrast zu Befunden bei Erwachsenen kein Zusammenhang mit der SN-Echogenität. Das Alter der Proband*innen, die Krankheitsdauer sowie die Dosis der eingenommenen Antipsychotika zeigten keine Zusammenhänge mit der SN-Echogenität. Interessanterweise zeigte sich eine signifikant negative Korrelation zwischen der echogenen Fläche der SN und Eisen sowie Transferrin.
Schlussfolgerung: Im Jugend- und jungen Erwachsenenalter eignet sich die SN-Echogenität vermutlich nicht als Biomarker für Erkrankungen aus dem Schizophrenie-Spektrum oder für die Prädiktion von Nebenwirkungen antipsychotischer Medikation. Möglicherweise manifestiert sich eine erhöhte Echogenität der SN, welche als Zeichen für eine Schädigung der dopaminergen Neurone gesehen wird, bei schizophrenen Psychosen erst im Verlauf der Krankheit. Da wir die Studienteilnehmer*innen nur zu einem einzigen Zeitpunkt im Laufe ihrer Krankheitsgeschichte untersuchten, kann keine Aussage über den weiteren Verlauf der SN-Echogenität getroffen werden. Hierfür wären longitudinale Untersuchungen zielführend, da nur so mögliche entwicklungsbedingte Veränderungen festgestellt werden können.
HINTERGRUND: Verschiedene Therapieoptionen für die orofaziale Granulomatose (OFG) wurden in Fallberichten und kleinen Fallserien beschrieben, randomisierte Studien mit Berücksichtigung von Langzeitverläufen sowie standardisierte Therapieempfehlungen fehlen jedoch.
ZIELSETZUNG: Ziele der aktuellen Auswertung waren 1.) die Charakterisierung klinischer Basisparameter bei einer großen Anzahl von Patientinnen/-en mit OFG; 2.) eine Untersuchung der krankheitsbedingten psychischen Belastung; 3.) die Bewertung aktueller Behandlungsstrategien in Hinblick auf den langfristigen Verlauf; und 4.) die Entwicklung eines Therapiealgorithmus zur Verwendung in einer Standard operating procedure (SOP)
METHODE: Wir werteten retrospektiv 61 Patientinnen/-en mit OFG aus, die zwischen 2004 und 2019 in der Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie in Würzburg behandelt worden waren. Die Datenerhebung beinhaltete Geschlecht, Alter bei Erkrankungsbeginn, klinische Manifestationen der OFG, Histologie, Begleiterkrankungen und die jeweils eingesetzte Therapie. Dreiundvierzig Patientinnen/-en, bei denen nach der Erstvorstellung mindestens zwei weitere Kontrolltermine dokumentiert waren, wurden gebeten, anhand eines standardisierten Fragenbogens Auskünfte zu ihrer krankheitsbedingten psychischen Belastung und zum langfristigen Verlauf der OFG zu geben.
ERGEBNISSE: Das mediane Alter bei Erkrankungsbeginn lag bei 45 (Gesamtspanne 7-
77) Jahren. Die Mehrzahl der Patientinnen/-en litt an einer Cheilitis granulomatosa (n=58; 95,1 %); nur 6 (9,8 %) wiesen die komplette Trias eines Melkersson-Rosenthal- Syndroms, bestehend aus Cheilitis granulomatosa, Fazialisparese und Lingua plicata auf. Ein Morbus Crohn war in 9 (14,8 %) Fällen nachzuweisen. Von 23 Patientinnen/- en, die auf den Fragenbogen antworteten, berichteten 16 (69,6 %) über eine relevante (mäßige bis schwere) psychische Beeinträchtigung durch die kosmetischen Auswirkungen der OFG. Deutlich weniger fühlten sich durch Schwierigkeiten beim Essen (n=5, 21,7 %) oder beim Sprechen (n=1; 4,3 %) relevant beeinträchtigt. Fünfundzwanzig (41,0 %) Patientinnen/-en wurden mit Prednisolon behandelt. Die
Mehrheit zeigte unter steroidaler Therapie eine Verbesserung (68,0 %) oder sogar eine vollständige Remission (12,0 %), Rückfälle mit dem Ausschleichen des Steroids waren jedoch häufig. Der am häufigsten steroidsparend eingesetzte Wirkstoff war Sulfasalazin (18 Fälle); das therapeutische Ansprechen war uneinheitlich. Nur 2 Patienten mit assoziiertem Morbus Crohn wurden mit Infliximab behandelt, beide zeigten ein ausgezeichnetes Ansprechen. Das mediane Zeitintervall zwischen der letzten ambulanten Vorstellung bis zur Beantwortung des Fragenbogens betrug 49,5 (0-129) Monate. Zum Zeitpunkt der Datenerfassung befanden sich 12 (52,2 %) von 23 Patientinnen/-en in vollständiger Remission und weitere 10 (43,5 %) berichteten über eine leichte, persistierende Schwellung. Nur 5 (21,7 %) Patientinnen/-en berichteten über Episoden eines aktiven Anschwellens innerhalb der letzten 12 Monate vor der Datenerhebung.
SCHLUSSFOLGERUNGEN: Die OFG betrifft alle Altersgruppen und ist nicht auf Kinder bzw. junge Erwachsene beschränkt. Sie geht mit einer erheblichen psychischen Belastung einher, selbst wenn die objektivierbaren funktionellen Einschränkungen nur gering ausfallen. Systemische Steroide erlauben keine langfristige Krankheitskontrolle. Aufgrund seines relativ günstigen Nebenwirkungsprofils kann Sulfasalazin bei Patientinnen/-en steroidsparend eingesetzt werden, die für eine Behandlung mit TNF- alpha-Inhibitoren nicht in Betracht kommen. Angesichts der insgesamt guten Langzeitergebnisse auch bei unbehandelten Patientinnen/-en kommt in milden bis moderat ausgeprägten Fällen auch eine „Wait-and-Watch“-Strategie in Betracht.
Einleitung
Als Alternative zu chirurgischen Maßnahmen stellt eine Wurzelkanalbehandlung eine zahnerhaltende Therapie dar, die nach mehr als sechs Jahren eine Überlebensrate des Zahns von 84% aufweist (Torabinejad, Anderson et al. 2007, Tsesis, Nemkowsky et al. 2010, Zitzmann, Krastl et al. 2010). Eine qualitativ hochwertige Ausbildung legt den Grundstein, um eine suffiziente und dauerhafte Wurzelkanalbehandlung durchzuführen, weshalb ihr eine besondere Aufmerksamkeit zukommt (Lin, Rosenberg et al. 2005). In der studentischen Ausbildung von Fertigkeiten für die Wurzelkanalbehandlung haben sich zur Simulation möglichst realer Patientensituationen verschiedene Übungsmodelle etabliert, die von Plexiglasblöcken bis hin zu extrahierten echten Zähnen reichen (Perry, Bridges et al. 2015). Dank der Möglichkeiten des 3D-Drucks werden neue, 3D-gedruckte Zähne als Simulationsmodell in der Ausbildung von Studierenden der Zahnmedizin eingesetzt (Höhne and Schmitter 2019, Reymus, Fotiadou et al. 2019). Zur Ermittlung der Qualität und des Lernerfolgs anhand von 3D-gedruckten Zähnen in der endodontischen Ausbildung wurde ein Fragebogen entwickelt und validiert sowie der verwendete 3D-gedruckte Zahn evaluiert.
Material und Methoden
Zur Beantwortung der Fragestellungen fand eine Pilotierungsstudie im Wintersemester 2017/18 mit 41 Studierenden und eine Validierungsstudie im Sommersemester 2018 und Wintersemester 2018/19 mit 88 Studierenden im sechsten Fachsemester statt. In beiden Kohorten wurde die Wurzelkanalbehandlung anhand von Plexiglasblöcken, extrahierten echten Zähnen sowie mit 3D-gedruckten Zähnen geübt. Abschließend wurden die Übungsmodelle mittels Fragebogen evaluiert. Der mit einem Expertenteam erstellte Fragebogen erfasste in acht unterschiedlichen Dimensionen sowohl Personendaten, Voraussetzungen, Eigenschaften im Vergleich von 3D-gedrucktem Zahn und Plexiglasblock zu echtem Zahn, subjektives Lernergebnis, Übungsmöglichkeiten, ...
In summary, the wave-CAIPI k-space trajectory presents an efficient sampling strategy for accelerated MR acquisitions. Using wave-CAIPI in parallel imaging reconstructions leads to a reduced noise level in the reconstructed images, compared to the Cartesian standard trajectory. This effect could be quantified by means of noise and SNR calculations. An SNR gain can be traded for a reduced scan time, i.e., additional undersampling, or for an enhanced image quality, keeping scan time constant.
Acceleration of MR imaging is especially important in dynamic applications, since these examinations are inherently time-consuming. The impact of wave-CAIPI sampling on image quality and its potential for scan time reduction was investigated for two dynamic applications: self-gated dynamic 3D lung MRI during free breathing and cardiac 4D flow MRI.
Dynamic 3D Lung MRI
By employing wave-CAIPI sampling in self-gated, free-breathing dynamic 3D lung MRI for the purpose of radiotherapy treatment planning, the image quality of accelerated scans could be enhanced. Volunteer examinations were used to quantify image quality by means of similarity between accelerated and reference images. To this end, the normalized mutual information and the root-mean-square error were chosen as quantitative image similarity measures.
The wave-CAIPI sampling was shown to exhibit superior quality, especially for short scan times. The values of the normalized mutual information were (10.2 +- 7.3)% higher in the wave-CAIPI case -- the root-mean-square error was (18.9 +- 13.2)% lower on average. SNR calculations suggest an average SNR benefit of around 14% for the wave-CAIPI, compared to Cartesian sampling.
Resolution of the lung in 8 breathing states can be achieved in only 2 minutes. By using the wave-CAIPI k-space trajectory, precise tumor delineation and assessment of respiration-induced displacement is facilitated.
Cardiac 4D Flow MRI
In 4D flow MRI, acceleration of the image acquisition is essential to incorporate the corresponding scan protocols into clinical routine. In this work, a retrospective 6-fold acceleration of the image acquisition was realized. Cartesian and wave-CAIPI 4D flow examinations of healthy volunteers were used to quantify uncertainties in flow parameters for the respective sampling schemes.
By employing wave-CAIPI sampling, the estimated errors in flow parameters in 6-fold accelerated scans could be reduced by up to 55%. Noise calculations showed that the noise level in 6-fold accelerated 4D flow acquisitions with wave-CAIPI is 43% lower, compared to Cartesian sampling. Comparisons between Cartesian and wave-CAIPI 4D flow examinations with a prospective acceleration factor R=2 revealed small, but partly statistically significant discrepancies. Differences between 2-fold and 6-fold accelerated wave-CAIPI scans are comparable to the differences between Cartesian and wave-CAIPI examinations at R=2.
Wave-CAIPI 4D flow acquisitions of the aorta could be performed with an average, simulated scan time of under 4 minutes, with reduced uncertainties in flow parameters. Important visualizations of hemodynamic flow patterns in the aorta were only slightly affected by undersampling in the wave-CAIPI case, whereas for Cartesian sampling, considerable discrepancies were observed.
Water transport through the water channels, aquaporins (AQPs), is involved in epithelial fluid secretion and absorption, cell migration, brain edema, adipocyte metabolism, and other physiological or pathological functions. Modulation of AQP function has therapeutic potential in edema, cancer, obesity, brain injury, glaucoma, etc. The function of AQPs is in response to the osmotic gradient that is formed by the concentration differences of ions or small molecules. In terms of brain edema, it is a pathophysiological condition, resulting from dysfunction of the plasma membrane that causes a disorder of intracellular ion homeostasis and thus increases intracellular fluid content. Optogenetics can be used to regulate ion transport easily by light with temporal and spatial precision. Therefore, if we control the cell ion influx, boosting the water transport through AQPs, this will help to investigate the pathological mechanisms in e.g. brain edema. To this end, I investigated the possibility for optogenetic manipulating water transport in Xenopus oocytes. The main ions in Xenopus oocyte cytoplasm are ~10 mM Na+, ~50 mM Cl- and ~100 mM K+, similar to the mammalian cell physiological condition. Three light-gated channels, ChR2-XXM 2.0 (light-gated cation channel), GtACR1 (light-gated anion channel) and SthK-bPAC (light-gated potassium channel), were used in my study to regulate ion transport by light and thus manipulate the osmotic gradient and water transport. To increase water flow, I also used coexpression of AQP1. When expressing ChR2-XXM 2.0 and GtACR1 together, mainly Na+ influx was triggered by ChR2-XXM2.0 under blue light illumination, which then made the membrane potential more positive and facilitated Cl- influx by GtACR1. Due to this inward movement of Na+ and Cl-, the osmotic gradient was formed to trigger water influx through AQP1. Large amounts of water uptake can speedily increase the oocyte volume until membrane rupture. Next, when co-expressing GtACR1 and SthK-bPAC, water efflux will be triggered with blue light because of the light-gated KCl efflux and then oocyte shrinking could be observed.
I also developed an optogenetic protein purification method based on a light-induced protein interactive system. Currently, the most common protein purification method is based on affinity chromatography, which requires different chromatography columns and harsh conditions, such as acidic pH 4.5 - 6 and/or adding imidazole or high salt concentration, to elute and collect the purified proteins. The change in conditions could influence the activity of target proteins. So, an easy and flexible protein purification method based on the photo-induced protein interactive system iLID was designed, which regulates protein binding with light in mild conditions and does not require a change of solution composition. For expression in E. coli, the blue light-sensitive part of iLID, the LOV2 domain, was fused with a membrane anchor and expressed in the plasma membrane, and the other binding partner, SspB, was fused with the protein of interest (POI), expressed in the cytosol. The plasma membrane fraction and the soluble cytosolic fraction of E. coli can be easily separated by centrifugation. The SspB-POI can be then captured to the membrane fraction by light stimulation and released to clean buffer in the dark after washing. This method does not require any specific column and functions in mild conditions, which are very flexible at scale and will facilitate extensive protein engineering and purification of proteins, sensitive to changed buffer conditions.
Hintergrundmusik wird in verschiedenen audiovisuellen Medienformaten häufig und meist mit einer ganz bestimmten Intention eingesetzt. Ziel dieser Dissertation war es, durch eine umfangreiche Aufarbeitung bisheriger Forschung Faktoren zu ermitteln und empirisch zu testen, die beeinflussen, dass Hintergrundmusik in audiovisuellen Medienformaten prognostizierbar die ihr zugesprochenen Funktionen erfüllt. Als interdisziplinärer Forschungsgegenstand bedarf Hintergrundmusik eines möglichst ausgewogenen Blickwinkels, der Musik- und Medienkontext-Spezifika (und deren potentielle Interaktionen) gleichermaßen berücksichtigt. Um Hintergrundmusik als komplexem audiovisuellen Stimulus in empirischer Forschung gerecht zu werden, spielen zudem auch praktische Implikationen eine große Rolle. Diese Herausforderungen berücksichtigend wurde die Wirksamkeit von Hintergrundmusik in fünf Studien im Kontext von drei verschiedenen Medienformaten untersucht. Da Werbung, Film und informationsvermittelnde Medienformate (wie Dokumentationen und TV-Magazine) die drei Kernfunktionen von Medien – Persuasion, Unterhaltung und Information – repräsentieren, sollte auf Grundlage dieses Dreiklangs die Bandbreite potenzieller Wirkungen von effektiv eingesetzter Musik und von Faktoren, die ihre Wirkung beeinflussen, möglichst umfassend (wenn auch sicher nicht vollständig) abgebildet werden. Über alle Medienformate hinweg kann als wichtiger, die Wirksamkeit von Hintergrundmusik verstärkender Einflussfaktor eine Kongruenz, d.h. eine intuitiv wahrgenommene Passung von Musik und Medienkontext ausgemacht werden, die durch eine sorgfältige Abstimmung der Spezifika von Musik und Medienformat auf emotionaler, auf assoziativer und auf struktureller Ebene erreicht werden kann. Findet diese Anwendung, kann Musik systematisch die Wirksamkeit von Werbespots steigern (Studie 1 und 2), gezielt Bedeutung vermitteln und dadurch die Wahrnehmung und Interpretation von (deutungsoffenen) Filmszenen prägen (Studie 3 und 4) oder unter bestimmten Bedingungen das persuasive Potenzial eines informationsvermittelnden Medienformats steigern und so die Meinungsbildung der Rezipierenden (zumindest kurzfristig) beeinflussen (Studie 5). Die Arbeit verdeutlicht, wie mittels interdisziplinärer Perspektivierung und der Beachtung praktischer Implikationen bereits etabliertes Wissen verstetigt und neue Erkenntnisse zur Verwendung und Wirkung von Hintergrundmusik für Wissenschaft und Medienpraxis abgeleitet werden können – inklusive eines Ausblicks auf daraus resultierende Potenziale für zukünftige Forschung.
Bevor ein zellbasiertes GTMP erstmalig beim Menschen angewendet werden kann, müssen verschiedene notwendige nicht-klinische Studien durchgeführt werden. Wichtig ist hier u.a. die Untersuchung der Biodistribution im Tiermodel. Diese umfasst die Verteilung, das Engraftment, die Persistenz, die Eliminierung und gegebenenfalls die Expansion der humanen Zellen in verschiedenen Organen, meistens im Mausmodel. Deshalb wurde eine qPCR-basierte Analysenmethode entwickelt, mit der humane genomische DNA innerhalb von muriner genomischer DNA bestimmt werden kann, und entsprechend den regulatorischen Richtlinien der European Medicines Agency und des International Council for Harmonisation validiert. Anschließend wurde diese Methode innerhalb einer präklinischen worst-case Szenario Biodistributionsstudie angewendet. Das Ziel dieser Studie war die Untersuchung des Biodistributionsprofils von genetisch modifizierten Blood Outgrowth Endothelial Cells von Hämophilie A Patienten 24 Stunden und sieben Tage nach intravenöser Applikation einer Dosis von 2x106 Zellen. Die Isolation, genetische Modifikation und die Expansion der Zellen sollte entsprechend den Richtlinien der Guten Herstellungspraxis durchgeführt werden. Hierbei ist die Auswahl und Anwendung geeigneter und essentieller Rohstoffe wichtig. Gleichermaßen ist die Durchführung einer definierten Qualitätskontrollstrategie notwendig und die Patientenzellen sollten nur innerhalb von nicht-klinischen Studien eingesetzt werden, wenn alle Akzeptanzkriterien erfüllt wurden. Die Validierung der qPCR-Methode zeigte eine hohe Genauigkeit, Präzision und Linearität innerhalb des Konzentrationsintervalls von 1:1x103 bis 1:1x106 humanen zu murinen Genomen. Bei Anwendung dieser Methode für die Biodistributionsstudie konnten nach 24 Stunden humane Genome in vier der acht untersuchten Mausorgane bestimmt werden. Nach sieben Tagen konnten in keinem der acht Organe humane Genome nachgewiesen werden...
In der vorliegenden Studie untersuchten wir das Körperselbstgefühl von Patienten mit Morbus Parkinson und altersgematchten gesunden Teilnehmern mithilfe der Puppenhandillusion. Bei diesem Paradigma wird dadurch, dass die verdeckte Hand der Testperson zeitgleich mit einer sichtbaren Puppenhand bestrichen wird, das Gefühl hervorgerufen, die Kunsthand sei die eigene (gemessen mittels Fragebogen zur Illusion und propriozeptivem Drift). Eine zeitlich versetzte (asynchrone) Stimulation dient als Kontrollbedingung. Innerhalb der Parkinsonpatienten wurde darüber hinaus eine Untergruppe zusätzlich im medikamentösen OFF-Zustand untersucht.
Die Annahme, dass die Parkinsonerkrankung mit einer gestörten Körperselbstwahrnehmung einhergeht, spiegelt sich in den Ergebnissen wider: Bei den Patienten mit Parkinsonerkrankung trat unabhängig vom Stimulationsmodus ein höherer propriozeptiver Drift als bei den Gesunden ein. Wurden die Patienten anschließend nach dem Erleben der Illusion befragt, fielen die Antworten allerdings nur während der asynchronen Durchführung positiver als bei der Kontrollgruppe aus.
Die Untersuchungen des Drifts und Fragebogens im ON- gegenüber OFF-Zustand lieferten keinen Unterschied.
Die vorliegende Studie liefert Hinweise darauf, dass die gemessenen Unterschiede bei Parkinsonpatienten gegenüber Gesunden auf ein internes Rauschen eingehender sensorischer Signale beim Morbus Parkinson sowie auf die Beteiligung nicht-dopaminerger Systeme zurückzuführen sein könnten. Die zunehmende Aufmerksamkeit gegenüber einer veränderten Körperwahrnehmung bei Parkinsonpatienten und deren Grundlagen im Bereich der multisensorischen Integration könnte künftig neue Möglichkeiten in der ganzheitlichen Therapie liefern mit dem Ziel, die Lebensqualität der Patienten zu steigern.
Chimeric antigen receptor (CAR)-modified T cells targeting FLT3 in acute myeloid leukemia (AML)
(2021)
Adoptive immunotherapy using chimeric antigen receptor (CAR)-modified T cells targeting CD19 has shown remarkable therapeutic efficacy against B cell leukemia and lymphoma, and provided proof of concept for therapeutic potential in other hematologic malignancies. Acute myeloid leukemia (AML) is an entity with an unmet medical need for effective and curative treatments. Therefore, there is a strong desire for development of potentially curative CAR-T cell immunotherapy for AML treatment.
FMS-like tyrosine kinase 3 (FLT3) is a homodimeric transmembrane protein expressed uniformly by AML blasts. FLT3 plays a vital role in the survival of AML blasts and is a key driver of leukemia-genesis in AML cases with internal tandem duplication (FLT3ITD) and tyrosine kinase domain (TKD) mutations. These attributes suggest that FLT3 could be an excellent target for CAR-T cell immunotherapy. Here, we engineered human CD4+ and CD8+ T cells to express FLT3-specific CARs and demonstrate that they confer potent reactivity against AML cell lines and primary AML blasts that express either wild-type FLT3 or FLT3-ITD. Further, we show that FLT3 CAR-T cells exert potent antileukemia activity in xenograft models of AML and induce complete remissions.
We also demonstrate that FLT3-expression on FLT3-ITD+ AML cells can be augmented by FLT3 inhibitors, which lead to increased recognition by CARs and improved efficacy of FLT3 CAR-T cells. We confirmed this principle with three different FLT3 inhibitors which are at distinct stages of clinical development i.e. Phase II/III clinical trial (crenolanib, quizartinib) and clinically approved (midostaurin). Further, we observed the strongest anti-leukemia activity of FLT3 CAR-T cells in combination with crenolanib in vivo.
FLT3 is known to be expressed by normal hematopoietic stem and progenitor cells. We evaluated FLT3-expression on normal hematopoietic stem cells (HSCs) using flow cytometry and confirmed lower level of FLT3-expression on HSCs and progenitors compared to AML cells. As anticipated, we found that FLT3 CAR-T cells recognize normal HSCs in vitro and in vivo, and compromise normal hematopoiesis, suggesting that adoptive therapy with FLT3 CAR-T cells will require successive CAR-T cell depletion and allogeneic HSC transplantation (HSCT) to reconstitute the hematopoietic system. Moreover, an FLT3 inhibitor treatment does not increase FLT3-expression on HSCs. Accordingly, we demonstrate that the depletion of FLT3 CAR-T cells is possible with inducible Caspase 9 (iCasp9) safety switch.
Collectively, our data establish FLT3 as a novel CAR target in AML with particular relevance in high-risk FLT3-ITD+ AML. Our data demonstrate that FLT3 CAR-T cells act synergistically with FLT3 inhibitors in FLT3-ITD+ AML. i.e. FLT3 inhibitors-induced upregulation of FLT3 in FLT3-ITD+ AML cells enhances their recognition and elimination by FLT3 CAR-T cells. Due to recognition of normal HSCs, the clinical use of FLT3 CART cells is likely restricted to a defined therapeutic window and must be followed by CART cell depletion and allogeneic HSCT for hematopoietic reconstitution. The data provide rational to use FLT3 CAR-T cells in combination with FLT3 inhibitors to augment the anti-leukemia efficacy of FLT3 CAR-T cells in high-risk FLT3-ITD+ AML patients, and to mitigate the risk of relapse with FLT3-negative AML variants, which could otherwise develop under therapeutic pressure. The data provide proof of concept for synergistic use of CAR-T cell immunotherapy and small molecule targeted therapy and encourage the clinical evaluation of this combination treatment in high-risk patients with FLT3-ITD+ AML.
Die wahrscheinlich größten Probleme des 21. Jahrhunderts sind der Klimawandel und die Sicherstellung der Nahrungsmittelversorgung für eine steigende Zahl an Menschen. Durch die Zunahme von extremen Wetterbedingungen wie Trockenheit und Hitze wird der Anbau konventioneller, wenig toleranter Nutzpflanzen erschwert und die dadurch notwendige, steigende Bewässerung der Flächen führt darüber hinaus zu einer zusätzlichen Versalzung der Böden mit für Pflanzen toxischen Natrium- und Chlorid-Ionen. Kenntnisse über Anpassungsstrategien salztoleranter Pflanzen an Salzstress, aber auch detailliertes Wissen über die Steuerung der Transpiration und damit des Wasserverlusts von Pflanzen sind daher wichtig, um auch künftig ertragreiche Landwirtschaft betreiben zu können. In dieser Arbeit habe ich verschiedene Aspekte der pflanzlichen Stressphysiologie bearbeitet, die im Folgenden getrennt voneinander zusammengefasst werden.
I. Funktionelle Unterschiede der PYR/PYL-Rezeptoren von Schließzellen
Entscheidend für den Wasserstatus von Pflanzen ist die Kontrolle des Wasserverlusts durch Spaltöffnungen (Stomata), die von einem Paar Schließzellen gebildet werden. Externe Faktoren wie Licht, Luftfeuchtigkeit und CO2, sowie interne Faktoren wie das Phytohormon Abszisinsäure (ABA) regulieren über Signalkaskaden die Stomaweite und dadurch den Wasserverlust. Die zugrunde liegenden Signalkaskaden überlappen teilweise. Vor allem der Stomaschluss durch erhöhtes CO2 und ABA weisen viele Gemeinsamkeiten auf und die Identifizierung des Konvergenzpunktes beider Signale ist immer noch aktueller Gegenstand der Forschung. Von besonderem Interesse sind dabei die in Schließzellen exprimierten ABA-Rezeptoren der PYR/PYL-Familie. Denn obwohl bislang nicht nachgewiesen werden konnte, dass CO2 zu einem Anstieg des ABA-Gehalts von Schließzellen führt deuten einige Studien darauf hin, dass die ABA-Rezeptoren selbst am CO2-Signalweg beteiligt sind.
Durch Untersuchungen der Stomareaktion von Arabidopsis ABA-Rezeptormutanten konnte ich in dieser Arbeit zeigen, dass die in Schließzellen exprimierten ABA-Rezeptoren der PYR/PYL-Familie funktionale Unterschiede aufweisen. Fünffach-Verlustmutanten der ABA-Rezeptoren PYR1, PYL2, 4, 5 und 8 (12458) waren in ihrem ABA-induzierten Stomaschluss beeinträchtigt und nur die Komplementation mit PYL2 und in geringerem Maße PYR1 konnte die ABA-Sensitivität wiederherstellen. Die Stomata von 12458-Verlustmutanten waren außerdem insensitiv gegenüber erhöhtem CO2, was auf eine Beteiligung der ABA-Rezeptoren am CO2-induzierten Stomaschluss hindeutet und diese Sensitivität konnte nur durch die Komplementation mit PYL4 oder PYL5, nicht aber mit PYL2 wiederhergestellt werden. Somit konnten in dieser Arbeit erstmals funktionelle Unterschiede der PYR/PYLs beim Stoma-Schluss nachgewiesen werden.
Alle externen und internen Stomaschluss-Signale haben außerdem Einfluss auf die Genexpression der Schließzellen und führen zu individuellen expressionellen Adaptionen. In vorangegangenen Microarray Studien konnte gezeigt werden, dass jeder Stimulus auch die Expression eines distinkten Sets an ABA-Rezeptoren beeinflusst. Im Rahmen dieser Arbeit konnte ich außerdem zeigen, dass die Expression der ABA-Rezeptoren bereits auf kleine Änderungen der ABA-Konzentration der Schließzellen reagiert und dass diese sich außerdem in ihrer Sensitivität gegenüber ABA unterschieden. Geringe Änderungen der ABA-Konzentration von Schließzellen haben demnach Auswirkungen auf deren Rezeptor-zusammensetzung. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass die Rezeptoren die Expression unterschiedlicher nachgeschalteter Gene beeinflussen, was darauf hindeutet, dass Anpassungen des Rezeptorpools durch geringe Änderungen des ABA-Gehalts von Schließzellen schlussendlich auf genexpressioneller Ebene zur längerfristigen Adaption an externe Bedingungen führen und die Rezeptoren auch hier funktional verschieden sind.
II. Stomatäre Besonderheiten der toleranten Dattelpalme (Phoenix dactylifera)
Dattelpalmen kommen natürlicherweise an besonders trockenen und heißen Standorten vor, an denen es aufgrund der harschen Bedingungen nur sehr wenigen Pflanzen möglich ist überhaupt zu wachsen. Ein naheliegender Grund für die herausragende Toleranz dieser Art gegenüber wasserlimitierenden Bedingungen ist eine Anpassung der stomatären Regulation zu Gunsten des Wasserhaushalts.
In dieser Arbeit konnte ich durch vergleichende Untersuchungen der lichtabhängigen Transpiration sowie dem ABA-induzierten Stomaschluss grundlegende Unterschiede in der Stomaphysiologie der Dattelpalmen und der eher sensitiven Modellpflanze Arabidopsis thaliana nachweisen. Blattgaswechselmessungen zeigten, dass Dattelpalmen in der Lage sind die Spaltöffnungen bei niedrigen Lichtintensitäten, bei denen Arabidopsis bereits deutlich geöffnete Stomata aufwies, geschlossen zu halten. Der bedeutendste Unterschied in der Stomaphysiologie von Dattelpalmen und Arabidopsis lag aber im ABA-induzierten Stomaschluss. Während über die Petiole verabreichtes ABA bei Arabidopsis innerhalb von 15 Minuten zu einem vollständigen Stomaschluss führte, konnte ich in dieser Arbeit zeigen, dass der ABA-induzierte Stomaschluss der Datteln nitratabhängig ist. ABA allein führte nur zu einem sehr langsamen Stomaschluss der innerhalb einer Stunde nicht vollständig abgeschlossen war. Nur in Gegenwart von Nitrat führte die ABA-Gabe in den Transpirationsstrom der Fiederblätter der Datteln zu einem schnellen und vollständigen Stomaschluss. In Arabidopsis wird der in Schließzellen vorkommende Anionenkanal AtSLAC1 durch eine über den ABA-Signalweg vermittelte Phosphorylierung aktiviert, was schlussendlich zur Aktivierung spannungsabhängiger Kationenkanäle und zum Ausstrom von Kalium aus den Schließzellen führt. Es konnte gezeigt werden, dass die Nitratabhängigkeit der ABA-Antwort der Schließzellen von Dattelpalmen auf Eigenschaften von PdSLAC1 zurückzuführen ist und dieser Kanal nur in Anwesenheit von extrazellulärem Nitrat aktivierbar ist. Mittlerweile konnte, unter anderem basierend auf diesen Ergebnissen, eine Tandem-Aminosäuresequenz identifiziert werden, die die SLAC-Homologe monokotyler Pflanzen wie der Dattelpalme von der dikotyler Pflanzen unterscheidet und zumindest teilweise für die nitratabhängige Aktivierung des Stomaschlusses vieler monokotyler verantwortlich ist.
III. Die Salztoleranz von Phoenix dactylifera und Chenopodium quinoa
Sowohl Dattelpalmen als auch C. quinoa weisen, verglichen mit den meisten anderen Pflanzen, eine hohe Toleranz gegenüber NaCl-haltigen Böden auf. In dieser Arbeit habe ich die Salztoleranz beider Arten untersucht, um so Strategien zu identifizieren, die diesen Pflanzen diese gesteigerte Toleranz ermöglichen.
Dattelpalmen können natürlicherweise auf salzigen Böden wachsen. Makroskopisch weisen diese Pflanzen aber keine Anpassungen wie bspw. Salzdrüsen auf und bislang ist unklar wie Dattelpalmen mit dem NaCl aus dem Boden umgehen. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass der Natriumgehalt der Fiederblätter der Datteln durch eine sechswöchige Bewässerung mit 600mM NaCl, was ungefähr der Konzentration von Meerwasser entspricht, nicht zunimmt. Demnach sind Datteln so genannte „Exkluder“, also Pflanzen, die eine übermäßige Natriumaufnahme in photosynthetisch aktives Gewebe vermeiden. Der Natriumgehalt der Wurzeln dagegen nahm unter Salzstress aber zu. Diese Zunahme war allerdings in unterschiedlichen Bereichen der Wurzeln verschieden stark. Flammenphotometrische Messungen ergaben einen vom Wurzelansatz ausgehenden graduellen Anstieg des Natriumgehalts, der an der Wurzelspitze am höchsten war. Darüber hinaus konnte eine Induktion von PdSOS1, einem putativen Na+/H+-Antiporter in diesen unteren, natriumhaltigen Bereichen nachgewiesen werden. Eine hohe SOS1-Aktivität gilt bereits in anderen toleranten Arten als Schlüsselmerkmal für deren Toleranz und die gesteigerte Expression von PdSOS1 deutet auf eine erhöhte Natrium-Exportrate aus der Wurzel zurück in den Boden in diesen unteren Bereichen hin, was schlussendlich den Ausschluss von Natrium vermitteln könnte.
In sensitiven Arten führt Salzstress häufig zu einer Abnahme der Kaliumkonzentration des Gewebes. Interessanterweise war dies weder für das Blatt- noch das Wurzelgewebe der Dattelpalmen der Fall. Der Kaliumgehalt beider Gewebe blieb trotz der Bewässerung der Pflanzen mit Salzwasser konstant. Auf expressioneller Ebene konnte ich darüber hinaus zeigen, dass PdHAK5, ein putativer hochaffiner Kaliumtransporter, der unter Kontrollbedingungen überwiegend in den oberen Wurzelabschnitten exprimiert wurde, durch den Salzstress dort reprimiert wurde. PdKT, ebenfalls ein putatives Kalium-Transportprotein dagegen, wurde nicht durch die Salzbehandlung beeinflusst, was zusammengenommen darauf hindeutet, dass das Aufrechterhalten des Kaliumgehalts bei Salzstress durch die differentielle Regulation verschiedener Kaliumaufnahmesysteme gewährleistet wird. Der effiziente Ausschluss von Natrium zusammen mit dem hohen K+/Na+-Verhältnis könnten demnach Schlüsselmerkmale für die hohe Salztoleranz von Phoenix dactylifera darstellen.
Quinoa ist, ähnlich wie die Dattelpalme, eine salztolerante Nutzpflanze. Im Gegensatz zu Dattelpalmen weist Quinoa allerdings besondere Strukturen auf der Epidermis auf, die so genannten epidermalen Blasenhaare (englisch: epidermal bladder cells, EBCs). Die Funktion dieser ballonartig vergrößerten Zellen als externe Salzspeicher wird seit längerem diskutiert.
Flammenphotometrische Messungen des Natriumgehalts von Quinoa unter Salzstressbedingungen ergaben, dass Quinoa anders als Dattelpalmen, Natrium in die oberirdischen, photosynthetisch aktiven Organe aufnimmt. Auch die Zunahme des Natriumgehalts der EBCs konnte ich nachweisen. Junge Blätter haben eine hohe Dichte an intakten EBCs, was deren Funktion als externe Salzspeicher besonders zum Schutz dieser jungen Blätter nahelegt. mRNA-Sequenzierungen ergaben darüber hinaus, dass die EBCs bereits unter Kontrollbedingungen viele in grundlegende Stoffwechselprozesse involvierte Gene sowie membranständige Transportproteine differentiell exprimieren. Diese Unterschiede im Transkriptom der EBCs zum Blattgewebe zeigen, dass katabole Stoffwechselwege nur eine untergeordnete Rolle in den hochspezialisierten EBCs spielen und deren Stoffwechsel auf dem Import energiereicher Zucker und Aminosäuren basiert.
Mittels qPCR-Messungen und RNA-Sequenzierungen konnte ich die gewebespezifische Expression verschiedener Transportproteine nachweisen, die eine gerichtete Aufnahme von Natrium in EBCs ermöglichen könnten. Besonders die differentielle Expression eines Natriumkanals der HKT1-Familie deutet auf dessen Beteiligung an der Natriumbeladung der EBCs hin. CqHKT1.2 wurde ausschließlich in EBCs exprimiert und die elektrophysiologische Charakterisierung dieses Transportproteins ergab eine spannungsabhängige Natriumleitfähigkeit. Dieser Natriumkanal kann demnach die Natriumaufnahme bei Membranspannungen nahe dem Ruhepotential in die EBCs vermitteln und die Deaktivierung des CqHKT1.2 bei depolarisierenden Membranspannungen kann darüber hinaus einen Efflux von Na+ aus den EBCs verhindern. Auch das Expressionsmuster eines putativen Na+/H+-Antiporters (CqSOS1) der nur sehr gering in EBCs aber deutlich höher in Blattgewebe exprimiert wurde, deutet auf eine indirekte Beteiligung dieses SOS1 an der Beladung der EBCs hin. Bereits charakterisierte SOS1-Proteine anderer Pflanzen zeigten unter physiologischen Bedingungen eine Natriumexport-Aktivität. CqSOS1 könnte demnach den Export von Natrium aus Mesophyll- und Epidermiszellen der Blätter in den Apoplasten vermitteln, welches dann über CqHKT1.2 in die EBCs aufgenommen wird.
Trotz der Natriumaufnahme in die oberirdischen Teile und die EBCs führte die Salzbehandlung ähnlich wie bei den Datteln nicht zu einer Abnahme des bemerkenswert hohen Kaliumgehalts. Mittels qPCR-Untersuchungen konnte ich die Expression verschiedener HAK-Orthologe nachweisen, deren Aktivität die Aufrechterhaltung des Kaliumgehalts unter Salzstress vermitteln könnten. Frühere Studien konnten zeigen, dass Salzstress bei Quinoa wie bei vielen salztoleranten Arten zu einem Anstieg der Konzentration von kompatiblen gelösten Substanzen und besonders von Prolin führt. In dieser Arbeit konnte ich die hohe Expression eines Prolintransporters in EBCs nachweisen, was eher auf einen importbasierten Anstieg der Prolinkonzentration als auf die Synthese innerhalb der EBCs schließen lässt.
Zusammengefasst ergaben der Anstieg des Natriumgehalts der EBCs in Verbindung mit den Ergebnissen der RNA-Sequenzierung und den ergänzenden qPCR Messungen, dass die EBCs von Quinoa bereits unter Kontrollbedingen für die Aufnahme von überschüssigen Ionen unter Salzstress spezialisierte Zellen sind, deren Spezialisierung auf dem Import von energiereichreichen Zucken und anderen Substanzen basiert.
The human pathogen Chlamydia trachomatis is the main cause of sexually transmitted infections worldwide. The obligate intracellular bacteria are the causative agent of several diseases that reach from conjunctivitis causing trachoma and blindness as well as salpingitis and urethritis which can lead to infertility if left untreated.
In order to gain genetically engineered Chlamydia that inducible knock down specific gene expression, the CRISPRi system was established in C. trachomatis. In a proof of principle experiment it was shown that C. trachomatis pCRISPRi:gCdu1III target ChlaDUB1 expression and reduce the protein amount up to 50 %. Knock-down of the DUB did not influence protein levels of anti-apoptotic Mcl-1 and did not make cells susceptible for apoptosis. However, reduced dCas9 protein size, bacterial growth impairment and off target effects interfering with the GFP signal, form obstacles in CRISPRi system in Chlamydia. For routinely use of the CRISPRi method in C. trachomatis further investigation is needed.
Since the bacterial life cycle includes two morphological and functional distinct forms, it is essential for chlamydial spread to complete the development cycle and form infectious progeny. Therefore, Chlamydia has evolved strategies to evade the host immune system in order to stay undetected throughout the developmental cycle. The bacteria prevent host cell apoptosis via stabilization of anti-apoptotic proteins like Mcl-1, Survivin and HIF-1α and activate pro-survival pathways, inhibiting invasion of immune cells to the site of infection. The host cell itself can destroy intruders via cell specific defense systems that involve autophagy and recruitment of professional immune cells. In this thesis the role of the chlamydial deubiuqitinase ChlaDUB1 upon immune evasion was elucidated. With the mutant strain Ctr Tn-cdu1 that encodes for a truncated DUB due to transposon insertion, it was possible to identify ChlaDUB1 as a potent opponent of the autophagic system. Mutant inclusions were targeted by K48 and K63 chain ubiquitination. Subsequently the inclusion was recognized by autophagic receptors like p62, NBR1 and NDP52 that was reversed again by complementation with the active DUB. Xenophagy was promoted so far as LC3 positive phagosomes formed around the inclusion of Ctr Tn-cdu1, which did not fuse with the lysosome. The detected growth defect in human primary cells of Chlamydia missing the active DUB was not traced back to autophagy, but was due to impaired development and replication. It was possible to identify Ankib1, the E3 ligase, that ubiquitinates the chlamydial inclusion in a siRNA based screen. The activating enzyme Ube1 and the conjugating enzyme Ube2L3 are also essential in this process. Chlamydia have a reduced genome and depend on lipids and nutrients that are translocated from the host cell to the inclusion to proliferate. Recruitment of fragmented Golgi stacks to the inclusion surface was prevented when ChlaDUB1 was inactive, probably causing diminished bacterial growth. Additionally, the modification of the inclusion by Ankib1 and subsequent decoration by autophagic markers was not only present in human but also murine cells. Comparison of other Chlamydia strains and species revealed Ankib1 to be located at the proximity of the inclusion in C. trachomatis strains only but not in C. muridarum or C. pneumoniae, indicating that Ankib1 is specifically the E3 ligase of C. trachomatis. Moreover, the role of ChlaDUB1 in infected tissue was of interest, since ChlaDUB1 protein was also found in early EB stage and so might get in contact with invading immune cells after cell lysis. While bacteria spread and infect new host cells, Chlamydia can also infect immune cells. Infection of human neutrophils with Ctr Tn-cdu1 shows less bacterial survival and affirms the importance of the DUB for bacterial fitness in these cells.
The SNR spectra model and measurement method developed in this work yield reliable application-specific optima for image quality. This optimization can either be used to understand image quality, find out how to build a good imaging device or to (automatically) optimize the parameters of an existing setup.
SNR spectra are here defined as a fraction of power spectra instead of a product of device properties. In combination with the newly developed measurement method for this definition, a close correspondence be- tween theory and measurement is achieved. Prior approaches suffer from a focus on theoretical definitions without fully considering if the defined quantities can be measured correctly. Additionally, discrepancies between assumptions and reality are common.
The new approach is more reliable and complete, but also more difficult to evaluate and interpret. The signal power spectrum in the numerator of this fraction allows to model the image quality of different contrast mechanisms that are used in high-resolution x-ray imaging. Superposition equations derived for signal and noise enable understanding how polychromaticity (or superposition in general) affects the image quality.
For the concept of detection energy weighting, a quantitative model for how it affects im- age quality was found. It was shown that—depending on sample properties—not detecting x-ray photons can increase image quality. For optimal computational energy weighting, more general formula for the optimal weight was found. In addition to the signal strength, it includes noise and modulation transfer.
The novel method for measuring SNR spectra makes it possible to experimentally optimize image quality for different contrast mechanisms. This method uses one simple measurement to obtain a measure for im- age quality for a specific experimental setup. Comparable measurement methods typically require at least three more complex measurements, where the combination may then give a false result. SNR spectra measurements can be used to:
• Test theoretical predictions about image quality optima.
• Optimize image quality for a specific application.
• Find new mechanisms to improve image quality.
The last item reveals an important limitation of x- ray imaging in general: The achievable image quality is limited by the amount of x-ray photons interacting with the sample, not by the amount incident per detector area (see section 3.6). If the rest of the imaging geometry is fixed, moving the detector only changes the field of view, not the image quality. A practical consequence is that moving the sample closer to the x-ray source increases image quality quadratically.
The results of a SNR spectra measurement represent the image quality only on a relative scale, but very reliable. This relative scale is sufficient for an optimization problem. Physical effects are often already clearly identifiable by the shape of the functional relationship between input parameter and measurement result.
SNR spectra as a quantity are not well suited for standardization, but instead allow a reliable optimization. Not satisfying the requirements of standardization allows to use methods which have other advantages. In this case, the SNR spectra method describes the image quality for a specific application. Consequently, additional physical effects can be taken into account. Additionally, the measurement method can be used to automate the setting of optimal machine parameters.
The newly proposed image quality measure detection effectiveness is better suited for standardization or setup comparison. This quantity is very similar to measures from other publications (e.g. CNR(u)), when interpreted monochromatically. Polychromatic effects can only be modeled fully by the DE(u). The measurement processes of both are different and the DE(u) is fundamentally more reliable.
Information technology and digital data processing make it possible to determine SNR spectra from a mea- sured image series. This measurement process was designed from the ground up to use these technical capabilities. Often, information technology is only used to make processes easier and more exact. Here, the whole measurement method would be infeasible without it. As this example shows, using the capabilities of digital data processing much more extensively opens many new possibilities. Information technology can be used to extract information from measured data in ways that analog data processing simply cannot.
The original purpose of the SNR spectra optimization theory and methods was to optimize high resolution x-ray imaging only. During the course of this work, it has become clear that some of the results of this work affect x-ray imaging in general. In the future, these results could be applied to MI and NDT x-ray imaging. Future work on the same topic will also need to consider the relationship between SNR spectra or DE(u) and sufficient image quality.This question is about the minimal image quality required for a specific measurement task.
Acute graft-versus-host disease (aGvHD) is a severe and often life-threatening complication of allogeneic hematopoietic cell transplantation (allo-HCT). AGvHD is mediated by alloreactive donor T-cells targeting predominantly the gastrointestinal tract, liver, and skin. Recent work in mice and patients undergoing allo-HCT showed that alloreactive T-cells can be identified by the expression of α4β7 integrin on T-cells even before manifestation of an aGvHD. Here, we investigated whether the detection of a combination of the expression of T-cell surface markers on peripheral blood (PB) CD8\(^+\) T-cells would improve the ability to predict aGvHD. To this end, we employed two independent preclinical models of minor histocompatibility antigen mismatched allo-HCT following myeloablative conditioning. Expression profiles of integrins, selectins, chemokine receptors, and activation markers of PB donor T-cells were measured with multiparameter flow cytometry at multiple time points before the onset of clinical aGvHD symptoms. In both allo-HCT models, we demonstrated a significant upregulation of α4β7 integrin, CD162E, CD162P, and conversely, a downregulation of CD62L on donor T-cells, which could be correlated with the development of aGvHD. Other surface markers, such as CD25, CD69, and CC-chemokine receptors were not found to be predictive markers. Based on these preclinical data from mouse models, we propose a surface marker panel on peripheral blood T-cells after allo-HCT combining α4β7 integrin with CD62L, CD162E, and CD162P (cutaneous lymphocyte antigens, CLA, in humans) to identify patients at risk for developing aGvHD early after allo-HCT.
Die Transkatheter-Aortenklappenimplantation (TAVI) ist eine etablierte Prozedur zur Therapie der Aortenklappenstenose. Bei der transfemoralen TAVI sind Gefäßkomplikationen am Punktionsort weiterhin ein Problem und verantwortlich für einen Hauptteil der Komplikationen. Um eine sichere Punktion in einem nicht-kalzifizierten Gefäßabschnitt sicherzustellen, wurde eine neue Navigationstechnik mit Ultraschallunterstützung verwendet. Wir verglichen 67 konsekutive TAVI-Patienten mit Navigations- und Ultraschall-gestützter Punktion der Leistenarterie mit 67 konsekutiven Patienten mit Fluoroskopischer Punktion.
The integrity of its DNA is fundamental for every living cell. However, DNA is constantly threatened by exogenous and endogenous damaging agents that can cause a variety of different DNA lesions. The severe consequences of an accumulation of DNA lesions are reflected in cancerogenesis and aging. Several DNA repair mechanisms ensure the repair of DNA lesions and thus maintain DNA integrity. One of these DNA repair mechanisms is nucleotide excision repair (NER), which is famous for its ability to address a large variety of structurally unrelated DNA lesions. A key component of eukaryotic NER is the transcription factor II H (TFIIH) complex, which is not only essential for DNA repair but also for transcription. The TFIIH complex is composed of ten subunits. How these subunits work together during NER to unwind the DNA around the lesion is, however, not yet fully understood. High-resolution structural data and biochemical insights into the function of every subunit are thus indispensable to understand the functional networks within TFIIH. The importance of an intact TFIIH complex is reflected in the severe consequences of patient mutations in the TFIIH subunits XPB, XPD or p8 leading to the hallmark diseases xeroderma pigmentosum, Cockayne syndrome and trichothiodystrophy. Defects in the NER pathway are further associated with several types of cancer including skin cancer.
The herein described work focused on five TFIIH subunits derived from the thermophilic fungus Chaetomium thermophilum, the p34/p44 pair and the ternary XPB/p52/p8 complex. The interaction between p34 and p44 was characterized based on a high-resolution structure of the p34_vWA/p44_RING minimal complex. Biochemical studies of the p34/p44 interaction led to the disclosure of an additional interaction between the p34 and p44 subunits, which had not been characterized so far. The p34/p44 interaction was shown to be central to TFIIH, which justifies the presence of several redundant interfaces to safeguard the interaction between the two proteins and might explain why so far, no patient mutations in these subunits have been identified. The p52 subunit of TFIIH was known to be crucial to stimulate the ATPase activity of XPB, which is required during NER. This work presents the first entire atomic resolution structural characterization of p52, which was derived of several crystal structures of p52 variants and a p52/p8 variant thereby demonstrating the interaction between p52 and p8. The precise structural model of p52 offered the possibility to investigate interactions with other TFIIH subunits in more detail. The middle domain 2 of p52 and the N-terminal domain of XPB were shown to mediate the main interaction between the two subunits. An analysis of the p52 crystal structures within recently published cryo-electron microscopy structures of TFIIH provides a model of how p52 and p8 stimulate the ATPase activity of XPB, which is essential for NER and transcription. The structural and biochemical findings of this work provide an additional building block towards the uncovering of the architecture and function of this essential transcription factor.
Zur Kontrolle des Rehabilitationserfolges und in der Entscheidungsfindung bezüglich einer Sportfreigabe nach VKB-Rekonstruktion werden funktionelle Testverfahren angewandt. Diese testen unter standardisierten Bedingungen verschiedene muskuläre und neuromuskuläre Fähigkeiten von Patienten.
Die vorliegende Arbeit untersuchte das geschlechterspezifische Abschneiden in gängigen funktionellen Testverfahren im Rahmen einer Testbatterie, bestehend aus verschiedenen Sprung-, Schnelligkeits-, Agilitäts- und Ausdauertests sowie deren Hauptbewertungskriterium – den Limb Symmetry Index (LSI) – anhand eines großen, gesunden und sportlichen Probanden- (N = 124; Frauen: N = 50; Männer: N = 74) und eines VKB-Patientenkollektivs (N = 44; Frauen: N = 15; Männer: N = 29).
Ein genereller und in der Literatur gängiger LSI-Grenzwert von 85 % oder 90 % für alle durchgeführten Tests ließ sich nicht uneingeschränkt bestätigen. Selbst in der gesunden Referenzgruppe wurden diese Werte zum Teil weit verfehlt. Zudem führten die verschiedenen Sprungtests, welche eine Berechnung des LSI-Wertes zulassen, bei den gleichen gesunden Probanden zu unterschiedlichen Ergebnissen. Dies lässt darauf schließen, dass die verschiedenen durchgeführten Tests der Batterie unterschiedliches abbilden. Eine weitere testspezifische Adjustierung oder Kombination mit anderweitigen Bewertungskriterien (z. B. Absolutwerte, Bewegungsanalysen) scheint daher notwendig. Ein Einfluss des Geschlechts auf das Abschneiden hinsichtlich des LSI konnte nicht gefunden werden. Eine gemeinsame Betrachtung der LSI-Ergebnisse von männlichen und weiblichen Testpersonen in künftigen Studien scheint somit zulässig. Bei den Absolutwerten ist diese Vergleichbarkeit der Geschlechter nicht gegeben, da Männer durchschnittlich höhere Werte als Frauen erzielten. Die betrachtete Patientenstichprobe zeigte in der übereinstimmend durchgeführten Teiltestbatterie sowohl hinsichtlich der LSI- als auch der absoluten Testergebnisse im betroffenen und nicht betroffenen Bein schlechtere Resultate. Eine Vorhersage der LSI-Ausprägung bei Patienten war anhand der erhobenen gängigen Kriterien, wie beispielsweise der vergangenen Zeitspanne seit Operation, nicht möglich.
Bei den hier angewendeten Testverfahren handelt es sich um eine verhältnismäßig einfache Methode zur Erhebung funktioneller Defizite. In Bezug auf notwendige Testresultate zur Sportfreigabe erscheinen diese jedoch als nicht hinreichend. Hierfür ist weitere Forschung notwendig (z. B. Längsschnittstudie mit größerem und homogenen Patientenkollektiv). Insbesondere eine Definition von Kriterien, ab wann eine Rückkehr als gelungen angesehen wird, muss erfolgen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der höchste Aussagewert bezüglich funktioneller Tests bei Vorliegen intraindividueller Vergleichswerte zu bestehen scheint, wie es beispielsweise im Leistungssport denkbar ist und bereits durchgeführt wird. Die im Rahmen dieser Arbeit erhobenen Referenzwerte gesunder Teilnehmer können jedoch als wertvolle Orientierung für den Breitensport dienen.
Synthetische anorganische Knochenersatzmaterialien auf Calcium-Phosphat- und Magnesium-Phosphat-Basis wurden in der hier vorliegenden Dissertation mit verschiedenen handelsüblichen Antibiotika versetzt und deren Freisetzungsverhalten charakterisiert. Zudem wurde der Einfluss des Antibiotikazusatzes auf bestimmte materialcharakteristische Eigenschaften untersucht, hierbei fanden die Quecksilberporosimetrie, die Röntgendiffraktometrie und die Rasterelektronenmikroskopie ihre Anwendung. Insbesondere für die Knochenersatzmaterialien auf Calcium-Phosphat-Basis sollte eine klinisch praktikable und demnach möglichst einfache Methode etabliert werden, um die Kombination mit einem Antibiotikum durchzuführen. Die Detektion der Antibiotika erfolgte mit Hilfe eines UV/VIS-Spektrophotometers. Zudem wurde für einige ausgewählte Kombinationen aus Antibiotikum und Knochenersatzmaterial durch einen Agardiffusionstest die antibakterielle Wirkung nach der Freisetzung aus dem jeweiligen Trägermaterial bestätigt.
The Princes’ War in South Germany (1458-1463) was the biggest military collision in the German lands in the middle of the fifteenth century. The most prominent princes of southern Germany participated in this struggle.
Due to its significant scope, this conflict provides a valuable case study for achieving a better understanding of the conditions at the heart of the Holy Roman Empire at the sunset of the Middle Ages. The purpose of this study was to fill an existing gap in the modern research literature and provide a comprehensive up-to date monograph on the subject.
The study was realized mainly on the basis of archival work and primary sources. Thousands of letters and documents exchanged between the princes, their advisors and the city representatives were carefully studied and analysed. Extensive use of printed sources as well as scientific literature also greatly facilitated this research.
The first part of the dissertation provides a detailed description of the war itself and the events that led to it. In the initial phase of the struggle, Albrecht Achilles used his position as the imperial captain to advance his own interests. His actions enraged both Duke Ludwig and Elector Friedrich and made the war unavoidable. For more than two years two major coalitions of princes exchanged blows but as the dust settled the status quo ante bellum was restored in the eastern theatre of actions, while at the western front Elector Friedrich forced each of his opponents to make serious concessions.
The second part of the dissertation is devoted to honor and reputation. It explores how these two constituents affected the actions and decision-making of the princes. The lack of a powerful arbiter allowed each of the princes to interpret the meaning of “right” and “justice” as most suited him, although they hardly intentionally misused these terms. Thus, more often than not, the important actors seemed to believe in the appropriateness of their deeds. Nevertheless, despite frequent emotional response, in the competition between emotions and cold calculation the latter usually prevailed.
The conflict showed the confines of each of its major participants and the modus operandi of the Empire that prevented change and was tuned to keep the old order of things.
Ziel der prospektiven, klinischen und monozentrischen Beobachtungsstudie war es, die Eigenschaften der durch die DC/TMD (Diagnostic Criteria for Temporomandibular Disorders) eingeführten neuen Schemata der Schmerzzeichnung für Patienten mit Gesichtsschmerzen zu untersuchen. Der Fokus lag dabei zum einen auf der Reliabilität der Schmerzzeichnung sowie auf der Korrelation mit dem Grad der Schmerzchronifizierung und einer potentiellen psychischen Störung.
218 Patienten mit orofazialen Schmerzen wurden konsekutiv rekrutiert und bearbeiteten einen Fragebogen mit GCPS V.2, PHQ-9 und der Schmerzzeichnung. Eine Untergruppe füllte den Fragebogen nach einer fünfwöchigen Akupunkturtherapie zur Erhebung einer möglichen Veränderung der Schmerzintensität erneut aus. Eine weitere Untergruppe bearbeitete die Fragebögen erneut am selben Tag. Mit einem mehrschrittigen Auswertungsverfahren wurden alle Schmerzzeichnungen ausgewertet.
Die Studienpopulation bestand mit 77,1% aus weiblichen Patienten. Für 44,5% der Kohorte ergab sich eine durch orofaziale Schmerzen bedingte Beeinträchtigung. Die Auswertungsmethoden der Schmerzzeichnung ergaben starke geschlechtsspezifische Unterschiede. Das laterale Kopfschema wies sowohl für Frauen als auch für Männer mit Schmerzbeeinträchtigung signifikant mehr markierte Regionen auf im Vergleich zu Patienten ohne Schmerzbeeinträchtigung. Männer mit dysfunktionalen Schmerzen zeigten zudem eine signifikant höhere prozentual markierte Schmerzoberfläche. Für die männlichen Patienten zeigte sich außerdem für die Anzahl der Regionen und die prozentuale Markierung einen signifikanten Zusammenhang mit einer depressiven Störung. Für Frauen konnten diesbezüglich kein Zusammenhang festgestellt werden und auch der modifizierte Ransford-Score stellte für beide Geschlechter kein valides Screeninginstrument dar, um psychische Beeinträchtigungen zu identifizieren. Die Wiederholungszuverlässigkeit der Schmerzzeichnung war signifikant hoch für das Kopfschema und das intraorale Schema, nicht aber für das Ganzkörperschema.
Insgesamt erwiesen sich die neuen Schemata der Schmerzzeichnung im Rahmen einer CMD Diagnostik als vorteilhaft. Das Geschlecht des Patienten, schmerzbedingte Funktionsstörungen sowie psychische Beeinträchtigungen beeinflussen die durch die Schmerzzeichnung erzielten Ergebnisse unterschiedlich und bestätigen eine vielschichtige Ätiologie der Erkrankung. Die Ergebnisse verweisen zudem auf die Relevanz einer getrennten Betrachtung der Geschlechter in zukünftigen Studien mit orofazialen Schmerzpatienten. Die Summe aller Regionen des Kopfschemas von lateral könnte hinsichtlich der Einschätzung des Ausmaßes einer Schmerzchronifizierung künftig als Auswertungskriterium der Schmerzzeichnung Anwendung finden.
Zahnverlust geht bekannter Weise mit einem Verlust von Hart- und Weichgewebe einher. Mit der relativ neuen Tent-Pole Technik könnte der Volumenverlust durch den Wundverschluss bei Knochenaugmentation nach der GBR-Methode geringer ausfallen. In 10 Schweineunterkiefern wurden mit beiden Methoden augmentiert und mithilfe von Cerec- und DVT-Scans das Volumen vor und nach dem Wundverschluss verglichen. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei Verwendung einer Tenting Screw signifikant weniger Volumenverlust als bei Augmentation mit der GBR-Technik resultierte. Ein zusätzlicher Vergleich von zwei Kollagenmembranen, OssixPlus und BioGide, im Hinblick auf den Widerstand gegen den Nahtverschluss zeigte im Signifikanztest keinen Vorteil der ribosekreuzvernetzten und steiferen OssixPlus Membran. Zahlreiche klinische Untersuchungen berichten im Zusammenhang mit der Tent Pole-Technik von komplikationslosem Einheilen, suffizientem Knochenaufbau und erfolgreicher Implantation. So könnte sich die Tenting Screw nach weiteren Untersuchungen im in vivo Modell zu einer eventuell ebenbürtigen Alternative zum bisherigen Goldstandard, dem Knochenblock entwickeln. Dieser stellt sich im Vergleich als technikintensivere und, gerade bei autologem Material, als für den Patienten weniger komfortable Maßnahme dar.
In the present thesis we investigate algebraic and arithmetic properties of graph spectra. In particular, we study the algebraic degree of a graph, that is the dimension of the splitting field of the characteristic polynomial of the associated adjacency matrix over the rationals, and examine the question whether there is a relation between the algebraic degree of a graph and its structural properties. This generalizes the yet open question ``Which graphs have integral spectra?'' stated by Harary and Schwenk in 1974.
We provide an overview of graph products since they are useful to study graph spectra and, in particular, to construct families of integral graphs. Moreover, we present a relation between the diameter, the maximum vertex degree and the algebraic degree of a graph, and construct a potential family of graphs of maximum algebraic degree.
Furthermore, we determine precisely the algebraic degree of circulant graphs and find new criteria for isospectrality of circulant graphs. Moreover, we solve the inverse Galois problem for circulant graphs showing that every finite abelian extension of the rationals is the splitting field of some circulant graph. Those results generalize a theorem of So who characterized all integral circulant graphs. For our proofs we exploit the theory of Schur rings which was already used in order to solve the isomorphism problem for circulant graphs.
Besides that, we study spectra of zero-divisor graphs over finite commutative rings.
Given a ring \(R\), the zero-divisor graph over \(R\) is defined as the graph with vertex set being the set of non-zero zero-divisors of \(R\) where two vertices \(x,y\) are adjacent if and only if \(xy=0\). We investigate relations between the eigenvalues of a zero-divisor graph, its structural properties and the algebraic properties of the respective ring.
Der Krankheitsverlauf der Herzinsuffizienz ist variabel. Typischerweise treten dabei wiederholte Episoden akuter kardialer Dekompensationen auf. Prospektive Untersuchungen zu longitudinalen Veränderungen der linksventrikulären Ejektionsfraktion (LVEF) nach akuter kardialer Dekompensation, sowie assoziierter echokardiographischer, laborchemischer und klinischer Parameter fehlten bisher.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es deshalb, die Häufigkeit einer Verbesserung bzw.
Normalisierung der LVEF innerhalb von sechs Monaten nach einer Hospitalisierung aufgrund
akuter kardialer Dekompensation mit systolischer Herzinsuffizienz (LVEF vor Entlassung aus
dem Krankenhaus ≤40%), sowie begleitende Veränderungen in Biomarkerspiegeln und
echokardiographischen Parametern, zu beschreiben, deren prognostische Relevanz zu
untersuchen und mögliche Prädiktoren zu ermitteln.
Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass in den folgenden 6 Monaten nach akuter kardialer Dekompensation variable LVEF-Verläufe zu erwarten sind. Mehr als 50% der Patienten erleben ein reverses Remodelling und wechseln dadurch die LVEF-basierte Herzinsuffizienz-Kategorie. LVEF-Verbesserungen sind mit komplexen kardialen, extrakardialen und klinischen Veränderungen - im Sinne eines systemischen reversen Remodellings – assoziiert und gehen mit einer verbesserten Langzeitprognose einher. Verschiedene Prädiktoren erlauben, nach akuter kardialer Dekompensation den Verlauf bereits bei Krankenhausentlassung abzuschätzen und damit personalisierte Behandlungsstrategien für den einzelnen Patienten zu etablieren.
Hereditäre Kardiomyopathien sind durch klinische und genetische Heterogenität gekennzeichnet, welche die Kardiogenetik vor Herausforderungen stellt. In dieser Arbeit wurden manche dieser Herausforderungen angegangen, indem anhand einer Kohorte von 61 Patienten mit Kardiomyopathie bzw. primärer Arrhythmie eine Exom-Diagnostik mit anschließender stufenweiser Datenanalyse vorgenommen wurde.
Ein Ziel der Arbeit war, die aktuellen diagnostischen Detektionsraten zu prüfen sowie zu bewerten, ob eine erweiterte Exom-Diagnostik im Vergleich zur üblichen Genpanel-Analyse einen diagnostischen Zugewinn bringt. Zudem sollten potenzielle Krankheitsgene sowie komplexe Genotypen identifiziert werden.
Die Ergebnisse zeigten, dass bei insgesamt 64% der Patienten eine Variante von Interesse gefunden wurde. Hervorzuheben ist die hohe Detektionsrate in der größten Subkohorte, die aus Patienten mit dilatativer bzw. linksventrikulärer Non-Compaction Kardiomyopathie bestand: 69% und damit höher im Vergleich zur in der Literatur berichteten Detektionsrate von bis zu 50%.
Im Rahmen der stufenweisen Daten-Auswertung zeigte sich zwar, dass die meisten kausalen Varianten in den phänotypspezifischen Panels zu finden waren, die Analyse eines erweiterten Panels mit 79 Genen sowie der Gesamtexom-Daten aber zu einer zusätzlichen Aufklärungsquote von 13% bzw. 5% führte. Durch die Erweiterung der Diagnostik konnten interessante, teilweise neue Assoziationen zwischen Genotyp und Phänotyp sowie neue Kandidatengene identifiziert werden. Das beste Beispiel dafür ist eine trunkierende Variante im STK38-Gen, das an der Phosphorylierung eines Regulators der Expression kardialer Gene beteiligt ist.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass, obwohl die Detektionsrate von Genpanels für die Routine-Diagnostik akzeptabel ist, die Anwendung von Exom-Diagnostik einen diagnostischen Zugewinn, die Entdeckung von interessanten Genotyp-Phänotyp-Korrelationen sowie die Identifizierung von Kandidatengenen ermöglicht.
SLC6A2-regulierende microRNAs bei Angsterkrankungen: Genexpressions- und Assoziationsuntersuchungen
(2021)
Angsterkrankungen sind häufige Krankheitsbilder mit bislang nicht vollständig geklärter multifaktorieller Ätiologie. Neben Umwelt- und psychosozialen Faktoren zeigen Studien eine signifikante familiäre Häufung und lassen eine genetische Komponente mit einer Heritabilität in einem Bereich von 30-60 % vermuten. Da hierbei am ehesten von einem komplexen Zusammenspiel verschiedenster Gene mit unterschiedlicher Relevanz auszugehen ist, stellen miRNAs eine bedeutende Größe dar, da sie es vermögen auf transkriptioneller Ebene Einfluss auf die Regulierung einer Vielzahl von Genen zu nehmen.
Verschiedene Aspekte liefern Hinweise darauf, dass eine Neurotransmitterdysregulation eine wichtige Komponente in der Pathogenese von Angsterkrankungen einnimmt – insbesondere veränderte noradrenerge Signalwege sind hierbei entscheidend beteiligt. Dies macht den Noradrenalin-Transporter bzw. SLC6A2 zu einem interessanten Kandidatengen, und stellt die Bezugsgröße der angestellten Untersuchungen in dieser Arbeit dar. miRNAs, welche die SLC6A2-Expression modulieren, können somit Einfluss auf zentrale Verarbeitungswege von Angst nehmen.
Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden potentielle miRNA-Regulatoren von SLC6A2 in silico ermittelt und in einem weiteren Schritt in vitro überprüft. Zehn der miRNAs (hsa-miR-378g, hsa-miR-330-5p, hsa-miR-4781-5p, hsa-miR664b-3p, hsa-miR-4715-3p, hsa-miR-579-3p, hsa-miR-3921, hsa-miR-3622b-5p, hsa-miR-4773, hsa-miR-532-3p) zeigten hierbei eine relevante Abnahme der Luciferase-Aktivität als Hinweis auf ihre funktionelle Relevanz und stellen damit die Basis der nachfolgenden Untersuchungen dar.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden Einzelbasenpolymorphismen im Bereich der zuvor ermittelten miRNA-Gene sowie eines SNP innerhalb der 3’-UTR von SLC6A2 mittels Fall-Kontroll-Studie in einer Population von Patienten mit Panikstörung und entsprechenden Kontrollen untersucht. Eine nominelle Assoziation ließ sich für das (minor) T-Allel von rs2910931 (stromaufwärts von MIR579) (p-allel = 0,004) sowie das (major) A-Allel von rs2582372 (p-allel = 0,023) feststellen. In Einklang hiermit ließ sich weiterhin für rs2910931 eine signifikante Assoziation zwischen der Anzahl der (minor) T-Allele und dem ASI-Wert (β = 0,371, p = 0,029, 95 %-CI 0,039-0,702) sowie dem ACQ-Wert (β = 0,012, p = 0,041, 95 %-CI 0,000-0,023) ermitteln. Somit zeigt sich eine Einflussnahme der genetischen Variante um MIR579 auf die Feinmodulation der Noradrenalin-Homöostase als möglichem ätiopathogenetischen Faktor von Angsterkrankungen.
Es wurden 133 Patienten mit VA-ECMO Therapie nach kardiogenem Schock im Zeitraum zwischen 01/2009 und 07/2016 in der Klinik für Herz, Thorax,- und thorakale Gefäßchirurgie des Unisveritätsklinikums Würzburg dahingehend untersucht, ob sich die intrahospitale Mortalität in der Gruppe der zentral kanülierten Patienten von der der peripher kanülierten Patienten unterscheidet. Zudem wurden Unterschiede der präoperativen Charakteristika und postoperativen Komplikationen erfasst und ausgewertet. Bei nicht signifikant unterschiedlicher intrahospitaler Mortalität, bietet der zentrale ECMO-Zugang den Vorteil einer signifikant geringeren Komplikationsrate bezüglich der Häufigkeit lokaler Blutungen am Kanülierungsort, der Menge an benötigten Erythrozytenkonzentraten, des Auftretens des Harlekin Syndrom und dem Bedarf der linksventrikulären Entlastung mittels einer Impella Pumpe. So trat das Harlekin Syndrom in der P-Gruppe in 13 Fällen auf, jedoch in keinem Fall innerhalb der Z-Gruppe (p=0,003). Der Transfusionsbedarf an Erythrozytenkonzentraten war in der Z-Gruppe ebenfalls niedriger (Z-Gruppe: 10,8±10,2 vs. P-Gruppe: 14,4±10,1;p=0,005). Die Thrombozytenkonzentrattransfusionen zeigten ebenfalls einen Trend zugunsten der zentralen Kanülierung (Z-Gruppe: 1,7±2,3 vs. P-Gruppe: 2,5±2,9; p=0,123). Die Entlastung des linken Ventrikels mithilfe einer Impella Pumpe war bei 15 Patienten der P-Gruppe notwendig und nur bei einem Patienten der Z-Gruppe (17,0% vs 2,2%, p=0,045). Die Anzahl der Schlaganfälle, Nierenversagen und peripheren Ischämien waren ähnlich. Ebenso zeigten die Gruppen keine Unterschiede bezüglich der Weaningraten (62,2% vs. 53,4%, p=0,858), sowie des Intrahospitalgesamtüberlebens (22,1% vs 30,7%, p=0,471).
Es kann gefolgert werden, dass eine thorakale aortale Kanülierung eine geringere Rate an Komplikationen aufweist, weniger Personal- und Materialressourcen beansprucht, bedingt durch weniger Revisionseingriffe, reduzierten Transfusionsbedarf, weniger zusätzliche Kanülen für eine linksventrikuläre
Entlastung und periphere Extremitätenperfusion. Jedoch bietet die zentrale Kanülierung keinen Vorteil bezüglich der Mortalität.
Die retrospektiven Daten sprechen für einen Vorteil des zentralen Zugangs. Hinsichtlich der Mortalität bestätigt dies auch der Vergleich mit der Metaanalyse von Raffa et al. aus dem Jahr 2019. [10] Bezüglich der postoperativen Komplikationen ergeben sich jedoch Unterschiede in unserem Patientenklientel, in dem die zentrale Kanülierung mit geringeren Komplikationen verbunden war. Möglicherweise ist dies auf die häufige Verwendung der zentralen ECMO Kanülierung und entsprechend hohe Erfahrungswerte mit dieser zurückzuführen. Insbesondere bei Kardiotomiepatienten, die bereits intraaoperativ die Zugangswege des kardiopulmonalen Bypass aufweisen, kann die zentrale Kanülierung mit ihrem antegraden Fluss eine bessere linksventrikuläre Drainage bieten. Dies zeigt sich an einer geringeren Rate an Harlekin Syndromen. Insgesamt muss die vorwiegend retrospektive Datenlage und das auch in der Metaanalyse von Raffa et al. inhomogenem Patientenklientel mit geringer Patientenzahl der einbezogenen Studien limitierend erwähnt werden. Diese Ergebnisse sollten im Rahmen größerer multizentrischer Studien oder einer Registerstudie überprüft werden.
Im Rahmen dieser Doktorarbeit sollte anknüpfend an die Ergebnisse aus vo-rangegangenen Untersuchungen der AG Tessmer, das von Büchner et al. [1] vorgestellte Modell zur DNA-Schadenserkennung, welches im Speziellen auf Daten zu den Glykosylasen hTDG und hOGG1 basierte, auf seine Allgemein-gültigkeit für DNA-Glykosylasen untersucht werden. Das Modell beschreibt den Prozess der Schadenserkennung als eine notwendige Übereinstimmung der passiven Biegung am Schadensort mit dem aktiven BiegungswinkeI der scha-densspezifischen Glykosylase. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit war zudem die Etablierung einer automatisierten Messsoftware zur objektiven Biegewinkelmessung an DNA-Strängen in rasterkraftmikroskopischen Aufnah-men. Dies wurde mit verschiedenen Bildverarbeitungsprogrammen sowie einer in MATLAB implementierten Messsoftware erreicht und das Programm zudem auf die Biegewinkelmessung von proteininduzierten Biegewinkeln erweitert. Zur Anwendung kam die Methode der automatisierten Biegewinkelmessung sowohl an rasterkraftmikroskopischen Aufnahmen der Glykosylase MutY gebunden an ungeschädigter DNA als auch an Aufnahmen von DNA mit und ohne Basen-schaden. Neben oxoG:A und G:A, den spezifischen MutY-Zielschäden, wurden auch andere Basenschäden wie beispielsweise oxoG:C und ethenoA:T vermes-sen und zudem die von der Glykosylase MutY an ungeschädigter DNA induzier-te Biegung mit den Biegewinkeln der jeweiligen Zielschäden verglichen. Die Übereinstimmung in den Konformationen der Zielschäden und der Reparatur-komplexe auch für die Glykosylase MutY (wie bereits für hTDG und hOGG1 in oben genannter Arbeit gezeigt) erlauben ein verbessertes Verständnis der Schadenssuche und -erkennung durch DNA-Glykosylasen, indem sie die All-gemeingültigkeit einer Biegungsenergie-basierten initialen Schadenserkennung durch DNA-Glykosylasen unterstützen. Die etablierte Messsoftware kann zu-künftig an weiteren DNA-Schäden und den entsprechenden Protein-DNA-Komplexen ihre Anwendung finden und kann somit durch die effektive Gewin-nung objektiver Daten in großer Menge zur Stützung des Modells beitragen.
Bruxismus bezeichnet eine sich wiederholende Kaumuskelaktivität mit Knirschen oder Aufeinanderpressen der Zähne. Während bei Erwachsenen die Ursachen und die Pathophysiologie schon weitreichend erforscht wurden, gab es bei Kindern bislang keine systematische Untersuchung hinsichtlich des Zusammenhangs mit psychopathologischen Faktoren. Deshalb wurde unsere Studie nun erstmals mit Bruxismusmessung nach Goldstandard sowie mit normierten und validierten Fragebögen zu verschiedenen psychosozialen Dimensionen als Querschnittsuntersuchung bei 53 acht- bis zwölfjährigen Kindern durchgeführt. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf den hypothetisierten Zusammenhang zwischen Schlafbruxismus und Angstsensitivität sowie Angstintensität gelegt. Außerdem wurde der Einfluss weiterer psychosozialer Faktoren (wie Lebensqualität, Anzahl negativer Lebensereignisse, Verhaltensauffälligkeiten, ADHS-Symptomatik, depressive Symptomatik, Zwangssymptomatik, Ticsymptomatik, Alter und Geschlecht) auf die o.g. Prädiktoren per multipler Regressionsanalyse geprüft.
Auf Basis der durchgeführten Untersuchung ergaben sich keine Hinweise auf eine Assoziation von Bruxismus zu psychosozialen Dimensionen. Die vorbeschriebenen Zusammenhänge erwiesen sich als statistisch nicht signifikant. Dies mag zum einen der Stichprobenauswahl von gesunden Kindern geschuldet sein, die weder von Bruxismus noch von anderen Faktoren vorbekannt klinisch beeinträchtigt waren. Andererseits können aber auch fehlerhafte Ausgangsüberlegungen durch nicht dem Goldstandard entsprechenden Messungen der Vorstudien zu diesem Ergebnis geführt haben. Darüber hinaus verläuft die Kindesentwicklung interindividuell sehr variabel und temporäre myofunktionelle Beeinträchtigungen können ohne Bezug zu psychischer Belastung auftreten.
Hospize – ein sicherer Hafen für terminal Kranke und Sterbende, heutzutage sind sie jedem ein Begriff. Doch wie sah die Versorgung Sterbender vor der modernen Hospizbewegung aus? Über den konkreten medizinischen Alltag in Einrichtungen für terminal Kranke und Sterbende Mitte des 20. Jahrhunderts existieren nur wenige Quellen. Welche Rolle nahmen Ärzte in der Versorgung terminal Kranker und Sterbender ein? Kam der medizinischen Symptomkontrolle eine besondere Bedeutung zu und wurden verfügbare starke Analgetika bei Sterbenden auch kompetent eingesetzt?
Diese und weitere Facetten der Versorgung terminal Kranker und Sterbender am Übergang in die moderne, durch die Hospizbewegung geprägte Zeit analysiert Anna Minnrich. Grundlage ihrer Analyse ist eine einzigartige Quelle: ein originaler Reisebericht mit Beschreibung von 18 Einrichtungen für Sterbende 1973 in Großbritannien von Sylvia Anne Lack, Pionierin der amerikanischen Hospizbewegung und ärztlicher Leiterin des ersten amerikanischen Sterbehospizes. Der Reisebericht wird in diesem Werk, ebenso wie von Anna Minnrich geführte Interviews mit Sylvia Lack, erstmals veröffentlicht. Auch der aktuelle Wissensstand über die Person Sylvia Lacks, ihren beruflichen Werdegang und persönliche Beweggründe, ihre Sicht auf den palliativmedizinischen Umgang mit Patienten der 1970er Jahre sowie ihre eigene spätere Tätigkeit am Connecticut Hospice in Amerika wird hiermit in einzigartiger, persönlicher Weise ergänzt.
ERK1/2 are known key players in the pathophysiology of heart failure, but the members of the ERK cascade, in particular Raf1, can also protect the heart from cell death and ischemic injury. An additional autophosphorylation (ERK1 at Thr208, ERK2 at Thr188) empowers ERK1/2 translocation to the nucleus and phosphorylation of nuclear targets which take part in the development of cardiac hypertrophy. Thereby, targeting this additional phosphorylation is a promising pharmacological approach.
In this thesis, an in silico model of ERK cascade in the cardiomyocyte is introduced. The model is a semi-quantitive model and its behavior was tested with different softwares (SQUAD and CellNetAnalyzer). Different phosphorylation states of ERK1/2 as well as different stimuli can be reproduced. The different types of stimuli include hypertrophic as well as non-hypertrophic stimuli. With the introduced in-silico model time courses and synergistic as well as antagonistic receptor stimuli combinations can be predicted. The simulated time courses were experimentally validated. SQUAD was mainly used to make predictions about time courses and thresholds, whereas CNA was used to analyze steady states and feedback loops.
Furthermore, new targets of ERK1/2 which partially contribute, also in the formation of cardiac hypertrophy, were identified and the most promising of them were illuminated. Important further targets are Caspase 8, GAB2, Mxi-2, SMAD2, FHL2 and SPIN90.
Cardiomyocyte gene expression data sets were analyzed to verify involved components and to find further significantly altered genes after induced hypertrophy with TAC (transverse aortic constriction). Changes in the ultrastructure of the cardiomyocyte are the final result of induced hypertrophy.
Herz-Kreislauf-Erkrankungen stellen weiterhin die Todesursache Nummer eins in Deutschland dar, welche hauptsächlich durch Atherosklerose verursacht werden. Als ein Prädiktor der atherosklerotischen Plaqueentwicklung wird die Wandschubspannung (WSS) diskutiert. Ziel dieser Arbeit war es daher, anhand von Flussphantomen und C57bl/6 Mäusen eine 2D-Gradientenecho-Bildgebungsmethode mit einer 3D-Phasenkontrast-Flusskodierung zu optimieren und anschließend eine longitudinale Kleintierstudie mit ApoE-/- Mäusen durchzuführen, um den Zusammenhang der WSS und der atherosklerotischen Plaqueentwicklung näher zu untersuchen. Zunächst wurden Flussphantome mit einem Schlauchdurchmesser von 4 mm und 1 mm zur Optimierung der Messmethode verwendet. Anschließend wurde die Messmethode weiter angepasst, um in vivo Messungen an C57bl/6 Mäusen durchführen zu können. Nach erfolgter Optimierung wurde eine longitudinale Kleintierstudie mit zwei verschiedenen Diäten, Western Diät und Chow Diät, durchgeführt. Im Rahmen der Studie erfolgten nach einer, acht und zwölf Wochen MR-Messungen sowie histologische Analysen. Es konnte gezeigt werden, dass die Wandschubspannung in Mäusen bei 17,6 Tesla quantifiziert werden kann. Es zeigte sich eine Tendenz, dass Plaqueformationen mit einer höheren Wandschubspannung einhergehen.
Within this PhD thesis, chromophore-bridged biradicals were synthesised and their properties characterised. Therefore, it was necessary to develop novel synthetic procedures and implement several experimental characterisation methods. In summary, within this thesis the scope of pigment chromophore phenoxyl radical decoration was further explored and expanded to IIn as well as DPP colourants. HOMA analysis highlighted the importance of aromaticity in order to understand the spin crossover from heteroaromatic quinoidal to aromatic open shell DPPs. Finally, PBI, IIn and DPP biradicals were advanced towards stable materials by introduction of nitronyl nitroxide radical centres.
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Charakterisierung vorgemischter Calciumphosphatzementpasten sowie die Übertragung des Konzepts dieser Pasten auf den 3D-Druck. Es wurden drei verschiedene Zementformulierungen untersucht, basierend auf Pulvermischungen aus α-TCP/DCPA/CaCO3 (Biozement D), TTCP/DCPA und β-TCP/MCPA, die auf verschiedene Materialeigenschaften geprüft und einem 3D-Druckversuch unterzogen wurden. Die Biozement D Paste wurde mit drei Pulver-Flüssigkeits-Verhältnissen (PLR) (80/20, 85/15, 87/13), die TTCP/DCPA Paste mit zwei PLR (83/17, 85/15), und die β-TCP/MCPA Paste ebenfalls mit zwei PLR (67/33, 70/30) getestet. Alle Pasten konnten mit dem 3D-Drucker erfolgreich verdruckt werden. Die Biozement D Paste mit dem PLR 85/15 stellte sich in ihrer Gruppe als die geeignetste Paste heraus. Bessere Ergebnisse bezüglich der Injizierbarkeit und Druckbarkeit erreichte die TTCP/DCPA Paste. Hier wurden mit beiden PLR formstabile Scaffolds erzielt. Feine Wabenmuster konnten mit dem PLR von 83/17 in Kombination mit einer hohen Druckgeschwindigkeit hergestellt werden. Mit dem höheren PLR (85/15) und einer niedrigeren Druckgeschwindigkeit stieg die Formstabilität weiter an, wodurch die hexagonale Struktur exakter gedruckt werden konnte. Ein gutes Druckergebnis konnte auch mit der β-TCP/MCPA Paste und dem PLR 70/30 erreicht werden.
Data as the new driver for growth? European and Chinese perspectives on the new factor of production
(2021)
Amidst an emerging international systemic competition between China and the Western world, China’s sustained high economic growth rates, technological innovations and successful control of the corona pandemic have raised doubts over the West’s systemic capabilities. In this context, data resources and regimes play an increasing role.
This research note looks at data as present and future driver of innovation and economic growth in more detail. It compares the Chinese and the European perspective on data as well as their respective (planned) policy measures in order to draw tentative conclusions about their different approaches' implications.
With the exception of a few signaling incompetent decoy receptors, the receptors of the tumor necrosis factor receptor superfamily (TNFRSF) are signaling competent and engage in signaling pathways resulting in inflammation, proliferation, differentiation, and cell migration and also in cell death induction. TNFRSF receptors (TNFRs) become activated by ligands of the TNF superfamily (TNFSF). TNFSF ligands (TNFLs) occur as trimeric type II transmembrane proteins but often also as soluble ligand trimers released from the membrane-bound form by proteolysis. The signaling competent TNFRs are efficiently activated by the membrane-bound TNFLs. The latter recruit three TNFR molecules, but there is growing evidence that this is not sufficient to trigger all aspects of TNFR signaling; rather, the formed trimeric TNFL–TNFR complexes have to cluster secondarily in the cell-to-cell contact zone for full TNFR activation. With respect to their response to soluble ligand trimers, the signaling competent TNFRs can be subdivided into two groups. TNFRs of one group, designated as category I TNFRs, are robustly activated by soluble ligand trimers. The receptors of a second group (category II TNFRs), however, failed to become properly activated by soluble ligand trimers despite high affinity binding. The limited responsiveness of category II TNFRs to soluble TNFLs can be overcome by physical linkage of two or more soluble ligand trimers or, alternatively, by anchoring the soluble ligand molecules to the cell surface or extracellular matrix. This suggests that category II TNFRs have a limited ability to promote clustering of trimeric TNFL–TNFR complexes outside the context of cell–cell contacts. In this review, we will focus on three aspects on the relevance of receptor oligomerization for TNFR signaling: (i) the structural factors which promote clustering of free and liganded TNFRs, (ii) the signaling pathway specificity of the receptor oligomerization requirement, and (iii) the consequences for the design and development of TNFR agonists.
The human pathogen Bordetella pertussis targets the respiratory epithelium and causes whooping cough. Its virulence factor adenylate cyclase toxin (CyaA) plays an important role in the course of infection. Previous studies on the impact of CyaA on human epithelial cells have been carried out using cell lines derived from the airways or the intestinal tract. Here, we investigated the interaction of CyaA and its enzymatically inactive but fully pore-forming toxoid CyaA-AC– with primary human airway epithelial cells (hAEC) derived from different anatomical sites (nose and tracheo-bronchial region) in two-dimensional culture conditions. To assess possible differences between the response of primary hAEC and respiratory cell lines directly, we included HBEC3-KT in our studies. In comparative analyses, we studied the impact of both the toxin and the toxoid on cell viability, intracellular cAMP concentration and IL-6 secretion. We found that the selected hAEC, which lack CD11b, were differentially susceptible to both CyaA and CyaA-AC–. HBEC3-KT appeared not to be suitable for subsequent analyses. Since the nasal epithelium first gets in contact with airborne pathogens, we further studied the effect of CyaA and its toxoid on the innate immunity of three-dimensional tissue models of the human nasal mucosa. The present study reveals first insights in toxin–cell interaction using primary hAEC.
Bark beetles (sensu lato) colonize woody tissues like phloem or xylem and are associated with a broad range of micro-organisms. Specific fungi in the ascomycete orders Hypocreales, Microascales and Ophistomatales as well as the basidiomycete Russulales have been found to be of high importance for successful tree colonization and reproduction in many species. While fungal mutualisms are facultative for most phloem-colonizing bark beetles (sensu stricto), xylem-colonizing ambrosia beetles are long known to obligatorily depend on mutualistic fungi for nutrition of adults and larvae. Recently, a defensive role of fungal mutualists for their ambrosia beetle hosts was revealed: Few tested mutualists outcompeted other beetle-antagonistic fungi by their ability to produce, detoxify and metabolize ethanol, which is naturally occurring in stressed and/or dying trees that many ambrosia beetle species preferentially colonize. Here, we aim to test (i) how widespread beneficial effects of ethanol are among the independently evolved lineages of ambrosia beetle fungal mutualists and (ii) whether it is also present in common fungal symbionts of two bark beetle species (Ips typographus, Dendroctonus ponderosae) and some general fungal antagonists of bark and ambrosia beetle species. The majority of mutualistic ambrosia beetle fungi tested benefited (or at least were not harmed) by the presence of ethanol in terms of growth parameters (e.g., biomass), whereas fungal antagonists were inhibited. This confirms the competitive advantage of nutritional mutualists in the beetle’s preferred, ethanol-containing host material. Even though most bark beetle fungi are found in the same phylogenetic lineages and ancestral to the ambrosia beetle (sensu stricto) fungi, most of them were highly negatively affected by ethanol and only a nutritional mutualist of Dendroctonus ponderosae benefited, however. This suggests that ethanol tolerance is a derived trait in nutritional fungal mutualists, particularly in ambrosia beetles that show cooperative farming of their fungi.
Myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) represent a major population controlling T cell immune responses. However, little is known about their molecular requirements for homing and T cell interaction to mediate suppression. Here, we investigated the functional role of the homing and collagen IV receptor VLA-1 (α1β1-integrin) on in vitro GM-CSF generated murine MDSCs from wild-type (WT) and CD49a/α1-integrin (Itga1\(^{−/−}\)) gene-deficient mice. Here, we found that effector (Teff) but not naive (Tn) CD4\(^+\) T cells express VLA-1 and monocytes further up-regulated their expression after culture in GM-CSF when they differentiated into the monocytic subset of resting MDSCs (R-MDSCs). Subsequent activation of R-MDSCs by LPS+IFN-γ (A-MDSCs) showed increased in vitro suppressor potential, which was independent of VLA-1. Surprisingly, VLA-1 deficiency did not influence A-MDSC motility or migration on collagen IV in vitro. However, interaction times of Itga1\(^{−/−}\) A-MDSCs with Teff were shorter than with WT A-MDSCs on collagen IV but not on fibronectin substrate in vitro. After injection, A-MDSCs homed to the splenic red pulp where they co-localized with Teff and showed immediate suppression already after 6 h as shown by inhibition of T cell proliferation and induction of apoptosis. Injection of A-MDSCs from Itga1\(^{−/−}\) mice showed equivalent homing into the spleen but a reduced suppressive effect. Interaction studies of A-MDSCs with Teff in the subcapsular red pulp with intravital two-photon microscopy revealed also here that MDSC motility and migration parameters were not altered by VLA-1 deficiency, but the interaction times with Teff were reduced. Together, our data point to a new role of VLA-1 adhesion to collagen IV as a prerequisite for extended contact times with Teff required for suppression.
Sex determination (SD) is a highly diverse and complex mechanism. In vertebrates, one of the first morphological differences between the sexes is the timing of initiation of the first meiosis, where its initiation occurs first in female and later in male. Thus, SD is intimately related to the responsiveness of the germ cells to undergo meiosis in a sex-specific manner. In some vertebrates, it has been reported that the timing for meiosis entry would be under control of retinoic acid (RA), through activation of Stra8. In this study, we used a fish model species for sex determination and lacking the stra8 gene, the Japanese medaka (Oryzias latipes), to investigate the connection between RA and the sex determination pathway. Exogenous RA treatments act as a stress factor inhibiting germ cell differentiation probably by activation of dmrt1a and amh. Disruption of the RA degrading enzyme gene cyp26a1 induced precocious meiosis and oogenesis in embryos/hatchlings of female and even some males. Transcriptome analyzes of cyp26a1–/–adult gonads revealed upregulation of genes related to germ cell differentiation and meiosis, in both ovaries and testes. Our findings show that germ cells respond to RA in a stra8 independent model species. The responsiveness to RA is conferred by sex-related genes, restricting its action to the sex differentiation period in both sexes.
Activity of Tracheal Cytotoxin of Bordetella pertussis in a Human Tracheobronchial 3D Tissue Model
(2021)
Bordetella pertussis is a highly contagious pathogen which causes whooping cough in humans. A major pathophysiology of infection is the extrusion of ciliated cells and subsequent disruption of the respiratory mucosa. Tracheal cytotoxin (TCT) is the only virulence factor produced by B. pertussis that has been able to recapitulate this pathology in animal models. This pathophysiology is well characterized in a hamster tracheal model, but human data are lacking due to scarcity of donor material. We assessed the impact of TCT and lipopolysaccharide (LPS) on the functional integrity of the human airway mucosa by using in vitro airway mucosa models developed by co-culturing human tracheobronchial epithelial cells and human tracheobronchial fibroblasts on porcine small intestinal submucosa scaffold under airlift conditions. TCT and LPS either alone and in combination induced blebbing and necrosis of the ciliated epithelia. TCT and LPS induced loss of ciliated epithelial cells and hyper-mucus production which interfered with mucociliary clearance. In addition, the toxins had a disruptive effect on the tight junction organization, significantly reduced transepithelial electrical resistance and increased FITC-Dextran permeability after toxin incubation. In summary, the results indicate that TCT collaborates with LPS to induce the disruption of the human airway mucosa as reported for the hamster tracheal model.
The incidence of musculoskeletal diseases is steadily increasing with aging of the population. In the past years, extracellular vesicles (EVs) have gained attention in musculoskeletal research. EVs have been associated with various musculoskeletal pathologies as well as suggested as treatment option. EVs play a pivotal role in communication between cells and their environment. Thereby, the EV cargo is highly dependent on their cellular origin. In this review, we summarize putative mechanisms by which EVs can contribute to musculoskeletal tissue homeostasis, regeneration and disease, in particular matrix remodeling and mineralization, pro-angiogenic effects and immunomodulatory activities. Mesenchymal stromal cells (MSCs) present the most frequently used cell source for EV generation for musculoskeletal applications, and herein we discuss how the MSC phenotype can influence the cargo and thus the regenerative potential of EVs. Induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal progenitor cells (iMPs) may overcome current limitations of MSCs, and iMP-derived EVs are discussed as an alternative strategy. In the last part of the article, we focus on therapeutic applications of EVs and discuss both practical considerations for EV production and the current state of EV-based therapies.
Background
Combination therapies of anorectic gut hormones partially mimic the beneficial effects of bariatric surgery. Thus far, the effects of a combined chronic systemic administration of Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) and peptide tyrosine tyrosine 3-36 (PYY\(_{3-36}\)) have not been directly compared to Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) in a standardized experimental setting.
Methods
High-fat diet (HFD)-induced obese male Wistar rats were randomized into six treatment groups: (1) RYGB, (2) sham-operation (shams), (3) liraglutide, (4) PYY\(_{3-36}\), (5) PYY\(_{3-36}\)+liraglutide (6), saline. Animals were kept on a free choice high- and low-fat diet. Food intake, preference, and body weight were measured daily for 4 weeks. Open field (OP) and elevated plus maze (EPM) tests were performed.
Results
RYGB reduced food intake and achieved sustained weight loss. Combined PYY\(_{3-36}\)+liraglutide treatment led to similar and plateaued weight loss compared to RYGB. Combined PYY\(_{3-36}\)+liraglutide treatment was superior to PYY\(_{3-36}\) (p ≤ 0.0001) and liraglutide (p ≤ 0.05 or p ≤ 0.01) mono-therapy. PYY\(_{3-36}\)+liraglutide treatment and RYGB also reduced overall food intake and (less pronounced) high-fat preference compared to controls. The animals showed no signs of abnormal behavior in OF or EPM.
Conclusions
Liraglutide and PYY\(_{3-36}\) combination therapy vastly mimics reduced food intake, food choice and weight reducing benefits of RYGB.
Within the lipidome oxidized phospholipids (OxPL) form a class of chemically highly reactive metabolites. OxPL are acutely produced in inflamed tissue and act as endogenous, proalgesic (pain-inducing) metabolites. They excite sensory, nociceptive neurons by activating transient receptor potential ion channels, specifically TRPA1 and TRPV1. Under inflammatory conditions, OxPL-mediated receptor potentials even potentiate the action potential firing rate of nociceptors. Targeting OxPL with D-4F, an apolipoprotein A-I mimetic peptide or antibodies like E06, specifically binding oxidized headgroups of phospholipids, can be used to control acute, inflammatory pain syndromes, at least in rodents. With a focus on proalgesic specificities of OxPL, this article discusses, how targeting defined substances of the epilipidome can contribute to mechanism-based therapies against primary and secondary chronic inflammatory or possibly also neuropathic pain.
We explore a cosmology where the Big Bang singularity is replaced by a condensation event of interacting strings. We study the transition from an uncontrolled, chaotic soup (“before”) to a clearly interacting “real world”. Cosmological inflation scenarios do not fit current observations and are avoided. Instead, long-range interactions inside this crystallization event limit growth and crystal symmetries ensure the same laws of nature and basic symmetries over our domain. Tiny mis-arrangements present nuclei of superclusters and galaxies and crystal structure leads to the arrangement of dark (halo regions) and normal matter (galaxy nuclei) so convenient for galaxy formation. Crystals come and go, allowing an evolutionary cosmology where entropic forces from the quantum soup “outside” of the crystal try to dissolve it. These would correspond to dark energy and leads to a big rip scenario in 70 Gy. Preference of crystals with optimal growth and most condensation nuclei for the next generation of crystals may select for multiple self-organizing processes within the crystal, explaining “fine-tuning” of the local “laws of nature” (the symmetry relations formed within the crystal, its “unit cell”) to be particular favorable for self-organizing processes including life or even conscious observers in our universe.
Independent of cosmology, a crystallization event may explain quantum-decoherence in general: The fact, that in our macroscopic everyday world we only see one reality. This contrasts strongly with the quantum world where you have coherence, a superposition of all quantum states. We suggest that a “real world” (so our everyday macroscopic world) happens only in our domain, i.e. inside a crystal. “Outside” of our domain and our observable universe there is the quantum soup of boiling quantum foam and superposition of all possibilities. In our crystallized world the vacuum no longer boils but is cooled down by the crystallization event and hence is 10**20 smaller, exactly as observed in our everyday world. As we live in a “solid” state, within a crystal, the different quanta which build our world have all their different states nicely separated. This theory postulates there are only n quanta and m states available for them (there is no Everett-like ever splitting multiverse after each decision). In the solid state we live in, there is decoherence, the states are nicely separated. The arrow of entropy for each edge of the crystal forms one fate, one worldline or clear development of a world, while the layers of the crystal are different system states.
Some mathematical leads from loop quantum gravity point to required interactions and potentials. A complete mathematical treatment of this unified theory is far too demanding currently. Interaction potentials for strings or membranes of any dimension allow a solid state of quanta, so allowing decoherence in our observed world are challenging to calculate. However, if we introduce here the heuristic that any type of physical interaction of strings corresponds just to a type of calculation, there is already since 1898 the Hurwitz theorem showing that then only 1D, 2D, 4D and 8D (octonions) allow complex or hypercomplex number calculations. No other hypercomplex numbers and hence dimensions or symmetries are possible to allow calculations without yielding divisions by zero. However, the richest solution allowed by the Hurwitz theorem, octonions, is actually the observed symmetry of our universe, E8.
Objective: Substantia nigra hyperechogenicity is found in children with attention- deficit hyperactivity disorder (ADHD). Research with transcranial sonography (TCS) in adults suggests that echogenic alterations are linked to subclinical behavioral deficits and that brain iron homeostasis is involved in the signal genesis. The purpose of this study was to explore substantia nigra echogenicity in healthy children, to assess age-related changes and to investigate whether echogenic signals relate to subclinical alterations in behavior. Furthermore, associations of central nigral neuromelanin measures and peripheral serum iron parameters to echogenic signals of the substantia nigra were evaluated. Methods: In a multimodal study design, neuroimaging of the substantia nigra was conducted with TCS and neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging (MRI) in 28 healthy children (8 − 12 years). Correlations and multiple regression analyses determined associations between the neuroimaging methods, behavioral data from Strength and Difficulties Questionnaire (SDQ) and serum iron-related parameters. Results: Substantia nigra echogenicity correlated inversely with hyperactivity ratings in healthy, non-ADHD children (r = −.602, p = .001). Echogenic sizes did not change as a function of age. Neuromelanin-sensitive MRI measures of the substantia nigra and peripheral serum iron parameters were not associated with nigral TCS signals. Conclusion: In healthy children behavioral differences in hyperactive tendencies are associated with differences in substantia nigra echogenicity. This could help to identify those children who are at risk of subclinical ADHD.
DNA-Stabilität und -Regenerationsfähigkeit von humanen Nasenschleimhautzellen in Kulturmodellen
(2021)
Kulturmodelle des respiratorischen Epithels werden zur Klärung multipler Fragestellungen, zum Beispiel der Untersuchung seltener respiratorischer Erkrankungen, wie der primären Ziliendyskinesie (PCD) herangezogen. Hierbei könnten in Zukunft Kulturmodelle integraler Bestandteil des Diagnosealgorithmus werden. Die Isolierung und Kultivierung von Primärzellen des menschlichen Respirationstrakts ist dabei wesentlich komplexer als die Nutzung etablierter Zelllinien. Jedoch ermöglicht die Verwendung der Primärzellkulturen eine exaktere Darstellung des mehrreihigen Flimmerepithels der oberen Atemwege. Die Gewinnung der Primärzellen kann mechanisch mit zusätzlichem enzymatischen Verdau, oder durch sequentielles Auswachsen der Zellen erfolgen. Angewendet werden sowohl Epithelzell-Monokulturen wie auch Cokulturen mit Fibroblasten. Die Nutzung des Air-Liquid Interface in Transwell Systemen ermöglicht in beiden Kulturen die Differenzierung zu einem Kinozilien tragenden Flimmerepithel. Hierbei ist nicht endgültig geklärt, welches Modell die in vivo Gegebenheiten besser darstellt und welche Vorteile diese haben. Außerdem liegen bislang keine Daten über die Zellstabilität und -regenerationsfähigkeit nach genotoxischer Behandlung sowie Informationen über chromosomale Veränderungen während des Zellkultivierungsprozesses über mehrere Passagen vor. Derartige Informationen sind allerdings für die Etablierung eines Kulturmodells der oberen Atemwege von essentieller Bedeutung. Das Ziel der Arbeit war die Untersuchung der DNA-Stabilität und -Regenerationsfähigkeit über drei Passagen nach genotoxischer Behandlung, vergleichend für beide Kulturmodelle sowie die Überprüfung der chromosomalen Stabilität innerhalb des Kultivierungsprozesses und der Funktionsfähigkeit beider Zellkulturen. Zu diesem Zweck wurde eine toxikologische Versuchsreihe von jeweils 10 Spendern für beide Kulturmodelle, Mono- bzw. Cokultur im Air-Liquid Interface über drei Passagen durchgeführt. Hierbei wurde die Grundschädigung, die Schädigung nach einstündiger Behandlung mit 300μl des Alkylanz Methylmethansulfonat (MMS) und nach einer 24-stündigen Regenerationszeit mit dem Comet Assay überprüft. Zur Untersuchung der chromosomalen Stabilität innerhalb des Kulturprozesses wurden parallel Chromosomenaberrationstests an unbehandelten Zellen über drei Passagen durchgeführt. Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Zellen wurde ein Interleukin-8 (IL-8) ELISA für 10 Versuchsansätze in der jeweils ersten Passage beider Kulturen verwendet. Hierbei wurde die IL-8-Konzentration im Überstand der unbehandelten Zellkulturen sowie nach 1μg/ml bzw. 10μg/ml Lipopolysaccarid(LPS)- Exposition untersucht. Für die Cokultur wurden sowohl beide Zelltypen gemeinsam als auch die Epithelzellen bzw. die Fibroblasten getrennt betrachtet. In beiden Modellen wurden zusätzlich rasterelektronenmikroskopische (REM) Aufnahmen zur Untersuchung der ziliären Strukturen durchgeführt. Zur Überprüfung der Fibroblastenkontamination in der Monokultur wurden als einmaliger Versuchsablauf Vimentin- Färbungen über drei Passagen angewendet. Mit dem Comet Assay konnte in beiden Modellen eine gute Regeneration der DNA-Integrität nach MMS-induzierter DNA-Schädigung über alle Passagen nachgewiesen werden. Als einmaliger Versuchsansatz wurde das Enzym Methylpuringlykosylase (MPG) als Teil der Basenexzisionsreparatur nachgewiesen. Es ergaben sich Unterschiede in der Kultivierbarkeit der Zellen: die Monokultur zeigte eine gute Zellkultivierbarkeit bis zur dritten Passage. Es konnte jedoch mit der Vimentinfärbung eine Fibroblastenkontamination von Beginn an sowie eine Zunahme mit Höhe der Passage nachgewiesen werden. Es handelt sich hierbei demnach nicht um eine Reinkultur respiratorischer Epithelzellen. Die Cokultur ermöglicht getrennte Epithelzell- bzw. Fibroblastenkulturen, jedoch keine gute Kultivierbarkeit bis in höhere Passage. Methodisch konnte die prinzipielle Funktionsfähigkeit des Chromosomenaberrationstests an primären Nasenschleimhautzellen erstmals für eine große Stichprobenanzahl gezeigt werden. In den durchgeführten Chromosomenaberrationstests konnte eine gewisse Grundschädigung über alle Passagen nachgewiesen werden, jedoch sollten weitere Tests erfolgen, um diese Tendenz zu verifizieren. Die funktionelle Integrität wurde mit dem IL-8 ELISA nach LPS-Exposition sowie durch den Nachweis ziliärer Strukturen im REM exemplarisch bestätigt. Die erhobenen Daten liefern zusammengefasst wichtige Informationen über die Zellstabilität und -regenerationsfähigkeit der bislang verwendeten Kulturmodelle. Insbesondere Informationen über chromosomale Veränderungen sollten in Zukunft genauer betrachtet werden. Von großem Interesse wäre außerdem die Überprüfung derartige Zelleigenschaften in Zellkulturen von PCD erkrankten Spendern.