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- Helmholtz Institute for RNA-based Infection Research (HIRI) (2)
- Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung (IZKF) (2)
- Klinische Studienzentrale (Universitätsklinikum) (2)
- Naturalis Biodiversity Centre (2)
- Rudolf Virchow Center for Integrative and Translational Bioimaging, University of Würzburg (2)
- Akademie der Wissenschaften und der Literatur, Mainz (1)
- Anthropology Department University of Tennessee, Knoxville (1)
- Bungando Medical Centre, Mwanza, Tanzania (1)
- CHC Würzburg (Comprehensive Hearing Center) (1)
- CIBSS Centre for Integrative Biological Signalling Studies, University of Freiburg (1)
Mammalian embryonic development is subject to complex biological relationships that need to be understood. However, before the whole structure of development can be put together, the individual building blocks must first be understood in more detail. One of these building blocks is the second cell fate decision and describes the differentiation of cells of the inner cell mass of the embryo into epiblast and primitive endoderm cells. These cells then spatially segregate and form the subsequent bases for the embryo and yolk sac, respectively. In organoids of the inner cell mass, these two types of progenitor cells are also observed to form, and to some extent to spatially separate. This work has been devoted to these phenomena over the past three years. Plenty of studies already provide some insights into the basic mechanics of this cell differentiation, such that the first signs of epiblast and primitive endoderm differentiation, are the expression levels of transcription factors NANOG and GATA6. Here, cells with low expression of GATA6 and high expression of NANOG adopt the epiblast fate. If the expressions are reversed, a primitive endoderm cell is formed. Regarding the spatial segregation of the two cell types, it is not yet clear what mechanism leads to this. A common hypothesis suggests the differential adhesion of cell as the cause for the spatial rearrangement of cells. In this thesis however, the possibility of a global cell-cell communication is investigated. The approach chosen to study these phenomena follows the motto "mathematics is biology's next microscope". Mathematical modeling is used to transform the central gene regulatory network at the heart of this work into a system of equations that allows us to describe the temporal evolution of NANOG and GATA6 under the influence of an external signal. Special attention is paid to the derivation of new models using methods of statistical mechanics, as well as the comparison with existing models. After a detailed stability analysis the advantages of the derived model become clear by the fact that an exact relationship of the model parameters and the formation of heterogeneous mixtures of two cell types was found. Thus, the model can be easily controlled and the proportions of the resulting cell types can be estimated in advance. This mathematical model is also combined with a mechanism for global cell-cell communication, as well as a model for the growth of an organoid. It is shown that the global cell-cell communication is able to unify the formation of checkerboard patterns as well as engulfing patterns based on differently propagating signals. In addition, the influence of cell division and thus organoid growth on pattern formation is studied in detail. It is shown that this is able to contribute to the formation of clusters and, as a consequence, to breathe some randomness into otherwise perfectly sorted patterns.
The aim of this study was to provide a comprehensive overview of the frontal bone in the forensic context with special emphasis on its shape. Analyses on 19th and 20th century Euro-American and German crania were performed in terms of population differences, sexual dimorphism, secular change, and metopism.
It could clearly be seen that the frontal bone on its own already provides a lot of information toward the biological profile of an individual. Overall, using size and shape combined for analyses would always produce the best results, followed by shape only and then size only. Nevertheless, Log_Centroid_Size was the best sex-discriminating variable in the size-shape combined analyses for both populations. Population differences as well as sexual dimorphism could both be assessed (with varying accuracy) using size only and shape only respectively.
Very little secular change between the 19th and 20th century was found for the frontal in both groups respectively, with the secular change that could be seen mostly being shape variation.
Metopism analysis was only performed on German crania, because the presence or absence of a metopic suture was not documented for the Euro-American crania. Unfortunately, the results of these analyses were very limited due to too small sample sizes for the overall low percentage of metopism. The metopic frontal was once again found to be short in relation to its width and presenting a more rounded frontal curvature. The attempt of creating a formula to morphometrically assess the presence of metopism was not successful.
The results of this thesis suggest that forensic case work on skeletal remains would greatly benefit from a broader application of Geometric Morphometrics and consequently from larger databases containing shape data as well as more advanced and user-friendly software for this type of analyses.
„Digital Storytelling mit Hund Milo“ beinhaltet neben dem digitalen Bilderbuch „Hund Milo“ (Illustration: Lena Kaufmann) auch Zusatzmaterial sowie Aufgaben zur Differenzierung. Das Bilderbuch und alle Materialien wurden für erste und zweite inklusive Klassen mit Kindern der Grundschule und des Schwerpunkts Geistige Entwicklung konzipiert. Ziel ist es, Schüler:innen im inklusiven Anfangsunterricht in multimodale Erzählmöglichkeiten der App Book Creator einzuführen (Kapitel eins und zwei), mit denen sie anschließend digital eine Geschichte weitererzählen können (Kapitel drei und vier). In Kapitel fünf wird den Schüler:innen ein mögliches Ende der Geschichte angeboten. Alle Materialien wurden mit Blick auf die oben genannten spezifischen Zielgruppen entwickelt und erprobt. Sie sind im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts CoTeach-Arbeitspaket 4 „Medienkompetenzen in inklusiven Grundschulklassen im Bereich Digital Storytelling“ entstanden, das von Prof Dr. Sanna Pohlmann-Rother und Prof. Dr. Christoph Ratz geleitet wird.
Obwohl die europäische Verwaltung und ihr Verwaltungsverfahren zunehmend an Bedeutung gewinnt, fehlt eine Generalkodifikation des Verwaltungsverfahrensrechts auf EU-Ebene. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, den aktuellen Kodifikationsstand und die Möglichkeiten einer zukünftigen Kodifikation zu erörtern. Insbesondere werden die rechtlichen Rahmenbedingungen einer Kodifikation untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der Frage liegt, inwieweit die EU eine Kompetenz für eine solche besitzt. Daneben werden die rechtlichen Grenzen aus mitgliedstaatlicher Sicht am Beispiel Deutschland erörtert. Auf dieser Grundlage wird anschließend dargelegt, in welcher Form eine Kodifikation theoretisch umgesetzt werden kann. Außerdem werden drei aktuelle Kodifikationsentwürfe in ihren Grundzügen beschrieben, miteinander verglichen und kritisch beleuchtet. Anschließend werden die wesentlichen Punkte im Bereich Kodifikationsfähigkeit und -bedürftigkeit dargestellt, bevor als Abschluss die generellen Verwirklichungschancen einer Kodifikation sowie die Verwirklichungschancen der drei Entwürfe beurteilt werden.
The fast and accurate yield estimates with the increasing availability and variety of global satellite products and the rapid development of new algorithms remain a goal for precision agriculture and food security. However, the consistency and reliability of suitable methodologies that provide accurate crop yield outcomes still need to be explored. The study investigates the coupling of crop modeling and machine learning (ML) to improve the yield prediction of winter wheat (WW) and oil seed rape (OSR) and provides examples for the Free State of Bavaria (70,550 km2), Germany, in 2019. The main objectives are to find whether a coupling approach [Light Use Efficiency (LUE) + Random Forest (RF)] would result in better and more accurate yield predictions compared to results provided with other models not using the LUE. Four different RF models [RF1 (input: Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)), RF2 (input: climate variables), RF3 (input: NDVI + climate variables), RF4 (input: LUE generated biomass + climate variables)], and one semi-empiric LUE model were designed with different input requirements to find the best predictors of crop monitoring. The results indicate that the individual use of the NDVI (in RF1) and the climate variables (in RF2) could not be the most accurate, reliable, and precise solution for crop monitoring; however, their combined use (in RF3) resulted in higher accuracies. Notably, the study suggested the coupling of the LUE model variables to the RF4 model can reduce the relative root mean square error (RRMSE) from −8% (WW) and −1.6% (OSR) and increase the R
2 by 14.3% (for both WW and OSR), compared to results just relying on LUE. Moreover, the research compares models yield outputs by inputting three different spatial inputs: Sentinel-2(S)-MOD13Q1 (10 m), Landsat (L)-MOD13Q1 (30 m), and MOD13Q1 (MODIS) (250 m). The S-MOD13Q1 data has relatively improved the performance of models with higher mean R
2 [0.80 (WW), 0.69 (OSR)], and lower RRMSE (%) (9.18, 10.21) compared to L-MOD13Q1 (30 m) and MOD13Q1 (250 m). Satellite-based crop biomass, solar radiation, and temperature are found to be the most influential variables in the yield prediction of both crops.
The landscape of today’s programming languages is manifold. With the diversity of applications, the difficulty of adequately addressing and specifying the used programs increases. This often leads to newly designed and implemented domain-specific languages. They enable domain experts to express knowledge in their preferred format, resulting in more readable and concise programs. Due to its flexible and declarative syntax without reserved keywords, the logic programming language Prolog is particularly suitable for defining and embedding domain-specific languages.
This thesis addresses the questions and challenges that arise when integrating domain-specific languages into Prolog. We compare the two approaches to define them either externally or internally, and provide assisting tools for each. The grammar of a formal language is usually defined in the extended Backus–Naur form. In this work, we handle this formalism as a domain-specific language in Prolog, and define term expansions that allow to translate it into equivalent definite clause grammars. We present the package library(dcg4pt) for SWI-Prolog, which enriches them by an additional argument to automatically process the term’s corresponding parse tree. To simplify the work with definite clause grammars, we visualise their application by a web-based tracer.
The external integration of domain-specific languages requires the programmer to keep the grammar, parser, and interpreter in sync. In many cases, domain-specific languages can instead be directly embedded into Prolog by providing appropriate operator definitions. In addition, we propose syntactic extensions for Prolog to expand its expressiveness, for instance to state logic formulas with their connectives verbatim. This allows to use all tools that were originally written for Prolog, for instance code linters and editors with syntax highlighting. We present the package library(plammar), a standard-compliant parser for Prolog source code, written in Prolog. It is able to automatically infer from example sentences the required operator definitions with their classes and precedences as well as the required Prolog language extensions. As a result, we can automatically answer the question: Is it possible to model these example sentences as valid Prolog clauses, and how?
We discuss and apply the two approaches to internal and external integrations for several domain-specific languages, namely the extended Backus–Naur form, GraphQL, XPath, and a controlled natural language to represent expert rules in if-then form. The created toolchain with library(dcg4pt) and library(plammar) yields new application opportunities for static Prolog source code analysis, which we also present.
Einleitung: Multiple Sklerose gilt als häufigste neurologische Erkrankung der Gruppe junger Erwachsener. Die chronisch-entzündliche Erkrankung befällt das zentrale Nervensystem in Form von Demyelinisierungen. In der Altersgruppe der 20-40 Jährigen tritt die Erstmanifestation der Multiplen Sklerose am häufigsten auf. Diese Altersklasse ist besonders stark im Internet vertreten. Die vorliegende Studie untersuchte sozio-demografische Faktoren und das Internetverhalten von MS Patienten. Im Rahmen einer dreimonatigen Pilotstudie wurde eine geheime Facebookgruppe eingerichtet und mit aktuellen sowie grundlegenden Inhalten rund um Multiple Sklerose unterhalten.
Methoden: Im Rahmen einer postalischen Fragebogenaktion wurden 1437 Multiple Sklerose Patienten kontaktiert. Der Eingangsfragebogen, der als Selbstausfüllungs-instrument gestaltet wurde, ermittelte soziodemografische Patientencharakteristiken und das Nutzungsverhalten der sozialen Medien. Die Rücksenderate entsprach 32 % (n=486 Patienten). Aus dieser Studiengesamtpopulation wurden 39 Patienten in eine Pilotstudie eingeschlossen. Das Patientenkollektiv bestand aus 21 Studienteilnehmern der Interven-tionsgruppe und 18 Studienteilnehmern der Kontrollgruppe. Vor und nach der Interven-tion kamen ein Adhärenzfragebogen, die MFIS-D und das BDI zum Einsatz.
Ergebnisse: Das Durchschnittsalter der Gesamtpopulation lag bei 41 Jahren und 77,2 % gehörten dem weiblichen Geschlecht an. Keine erschwerte Medikamenteneinnahme gaben 56,9 % der befragten Personen an. Soziale Netzwerke wurden von 53,5 % der Untersuchten genutzt, wobei davon 61,6 % täglich soziale Medien aufriefen. Facebook konnte mit 78,9 % der Patienten als meistgenutzte Social Media Plattform ermittelt werden. Der häufigste Beitrittsgrund zu Facebook war der Kontakt zu Freunden (79,5 %). Die Lebensqualität der Gesamtstudienpopulation wurde am meisten durch den Multiple Sklerose Kenntnisstand und den EDSS Grad beeinflusst. Die soziodemo-grafischen Faktoren Alter, Berufstätigkeit und Kinder konnten als Variablen, die mit der Nutzung sozialer Medien im Zusammenhang stehen, identifiziert werden. Geschlecht und Schulabschluss nahmen Einfluss auf die subjektive Einschätzung der Multiple Sklerose Grundlagenkenntnisse. Das Facebookpilotprojekt untersuchte vor (Z1) und nach (Z2) der Intervention den Adhärenztyp, den Fatiguegrad und den Depressionsgrad. Durch die Intervention konnte keinerlei Veränderung bezüglich Adhärenz, Fatigue und Depression festgestellt werden.
Diskussion: Soziale Medien dienen vorrangig dem sozialen Austausch als dem Transport gesundheitsrelevanter Informationen. Ziel in der Zukunft müssen maßgeschneiderte E-Health Plattformen sein, die auf ärztlichem Background basieren. Wichtig ist es dabei, dass bestimmte Rahmenbedingungen sichergestellt werden. Hierzu gehören unter anderem Datenschutz, Autorentransparenz und Aktualität. In anderen Bereichen mit speziellen Schwerpunkten wurden bereits Versuche der onlinebasierten Patientenbetreuung durchgeführt. Trotz der positiven Einflüsse, die soziale Medien auf das Gesundheitsverhalten der Patienten haben können, ist der physische Kontakt zum Arzt derzeit noch nicht aus dem Behandlungskonzept wegzudenken.
Mit steigender Nachfrage an minimal-invasiven Therapieoptionen wächst auch das Interesse an innovativen Alternativen im Bereich des arteriellen Gefäßverschlusses nach PVI. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Effektivität und Sicherheit eines neu auf dem Markt befindlichen, Doppelclip-basierten aktiven VVS zu prüfen. Eine hohe technische Erfolgsrate von 98,8 % bei einer geringen Komplikationsrate von 3,6 % wurde verzeichnet. Bei Anwesenheit der Komorbiditäten Dm und CNI 5 zeigte sich eine signifikante Assoziation zu einem vermehrten Auftreten von Komplikationen. Ein nachgewiesener signifikanter Zusammenhang bestand zudem zwischen einem erhöhten Kalzifikationsgrad der Punktionsstelle bei Vorliegen einer pAVK und eines Dm. Eine erhöhte Gefäßrigidität aufgrund von Komorbiditäten und vaskulären Kalzifikationen, intrinsische Fremdkörperreaktionen, vasoregulatorische Reaktionen oder Produktversagen bieten hypothetische Erklärungsansätze für die einzelnen komplikativen Fälle. Die Nutzung des VVS in spezifischen, bisher nicht beschriebenen Situationen (Unterdimensionierung, Anwendung nach Gefäßpunktionen mit Zugangsschleusen bis 9F, antegrade Punktionsrichtung, anspruchsvolle Eingriffe multimorbider Patienten mit komplexem vaskulärem Status) erwies sich als suffizient. Zur Prävention schwerwiegender Komplikationen während zukünftiger Interventionen wurden die Empfehlung ausgesprochen, eine Durchleuchtungsaufnahme zur Lagekontrolle vor Implantation des proximalen Clips anzufertigen. Eine speziell für Gefäßverschlüsse nach antegrader Punktion konzipierte Zugangsschleuse könnte das Abknicken von Zugangsschleusen bei VVS Applikation verhindern. Zusammenfassend kann das untersuchte aktive VVS mit einzigartigem Wirkmechanismus und spezifischen Design als effektiv und sicher angesehen werden.
Facing Enemies. Modulation of Revenge Interactions based on Opponent State Indicators of Suffering
(2023)
Research on revenge often treats vengeful acts as singular one-way experiences, an approach which fails to account for the social nature and functions of revenge. This dissertation aims to integrate emotional punishment reactions into dynamic revenge sequences to investigate the affective and cognitive consequences of revenge within a social interaction.
Exacting revenge can evoke intense affective consequences, from feelings of guilt to the genuine enjoyment of the suffering of others. In Chapter 2, affective responses towards suffering opponents and the regulation of aggression based on the appraisal of distinct suffering indicators were investigated. Results indicate that the observation of opponent pain evokes positive affect (measured via facial muscle contractions during the observation), which is followed by a downregulation of subsequent punishment. Both, positive affective reactions and the downregulation of punishment, were only observed following pain and not sadness expressions. Empathic distress, indexed by negative affective reactions, was only present following the observation of pain in non-provoking opponents. Showcasing the modulation of empathy related processes due to provocation and competition.
In Chapter 3, a significant escalation of punishment, when being confronted with Schadenfreude, was observed. Results are interpreted as supporting the assumption that opponent monitoring processes inform subsequent action selection. The observation of opponent smiles led to imitation behavior (facial mimicry), which was partially attenuated due to previous provocation. The different functions of smile mimicry in the context of the aggressive competitive setting are discussed as containing simulation aspects (to aid in opponent understanding) and as a potential mirroring of dominance gestures, to avoid submission.
In an additional series of studies, which are presented in Chapter 4, changes in memory of opponent faces following vengeful encounters were measured. Based on provocation, and punishment outcomes (pain & anger), face memory was distorted, resulting in more positive representations of opponents that expressed pain. These results are discussed as evidence of the impact of outcome appraisals in the formation of opponent representations and are theorized to aid empathy avoidance in future interactions.
The comparison of desired and observed opponent states, is theorized to result in appraisals of the punishment outcomes, which evoke affective states, inform the action selection of subsequent punishments, and are integrated into the representation of the opponent in memory.
Overall, the results indicate that suffering cues that are congruent with the chosen punishment action are appraised as positive, evoking an increase in positive affect. The emergence of positive affect during the observation of successful aggressive actions supports recent theories about the chronification of aggressive behavior based on reinforcement learning. To allow positive affect to emerge, affective empathic responses, such as distress, are theorized to be suppressed to facilitate the goal attainment process. The suffering of the opponent constitutes the proximate goal during revenge taking, which highlights the importance of a theoretical differentiation of proximate and ultimate goals in revenge to allow for a deeper understanding of the underlying motives of complex revenge behavior.
Mammalian phoshoglycolate phosphatase (PGP, also known as AUM) belongs to the ubiquitous HAD superfamily of phosphatases. As several other members of HAD phosphatases, the Mg2+-dependent dephosphorylation is conducted via a nucleophilic attack from a conserved aspartate residue in the catalytic cleft. The protein structure of PGP could not yet be solved entirely. Only a hybrid consisting of the PGP cap and the PDXP core (pyridoxal phosphatase, closest enzyme paralog) was crystallizable so far. PGP is able to efficiently dephosphorylate 2-phosphoglycolate, 2-phospho-L-lactate, 4-phospho-D-erythronate, and glycerol-3-phosphate in vitro which makes them likely physiological substrates. The first three substrates can be derived from metabolic side reactions (during glycolysis) and inhibit key enzymes in glycolysis and pentose phosphate pathway, the latter is situated at the intersection between glycolysis and lipogenesis. 2-phosphoglycolate can also be released in the context of repair of oxidative DNA damage. The activity of purified PGP can be reversibly inhibited by oxidation - physiologically likely in association with epidermal growth factor (EGF) signal transduction. In fact, an association between persistently lacking PGP activity (via downregulation) and the presence of hyperphosphorylated proteins after EGF stimulation has been identified. Reversible oxidation and transient inactivation of PGP may be particularly important for short-term and feedback regulatory mechanisms (as part of the EGF signaling). Furthermore, cellular proliferation in PGP downregulated cells is constantly reduced. Whole-body PGP inactivation in mice is embryonically lethal. Despite the many well-known features and functions, the knowledge about PGP is still incomplete.
In the present work the influence of reactive oxygen species (ROS) on PGP activity in cells und a possible connection between oxidative stress and the proliferation deficit of PGP downregulated cells was investigated. For the experiments, a spermatogonial cell line was used (due to the high PGP expression in testis). PGP activity can be reversibly inhibited in cellular lysates by H2O2 (as a ROS representative). Reversible oxidation could thus indeed be physiologically important. More oxidative DNA damage (by bleomycin) showed no PGP-dependent effects here. EGF stimulation (as an inducer of transient and well-controlled ROS production), low concentrations of menadione (as an oxidant) and N-acetylcysteine (as an antioxidant) were able to approximate the proliferation rate in PGP downregulated cells to that of control cells. The redox regulation of PGP could thus have an influence on cellular proliferation as a feedback mechanism - a mechanism that could not take place in PGP downregulated cells. However, the connections are probably even more complex and cannot be elucidated by a sole examination of the proliferation rate. The present results can thus only be regarded as preliminary experiments.
For a better understanding of the features and functions of PGP, this work then focused on specific regulation of enzyme activity by pharmacologically applicable small molecules. Four potent inhibitors had previously been identified in a screening campaign. In this work, three of these four inhibiting compounds could be further characterized in experiments with highly purified, recombinant murine and human PGP. Compounds #2 and #9 showed competitive inhibition properties with a markedly rising KM value with little or no change in vmax. The results were consistent for all tested protein variants: the murine and the human PGP as well as a PGP/PDXP hybrid protein. Compound #1 was the most potent and interesting PGP-inhibitory molecule: less change in KM and a constant decrease in vmax as well as a lower impact on the PGP/PDXP hybrid hint at a mixed mode of inhibition as a combination of competitive and non-competitive inhibition. The characterization of the potential inhibitors can serve as a basis for further structural analysis and studies on the complex physiological role of PGP.
Emotional-associative learning processes such as fear conditioning and extinction are highly relevant to not only the development and maintenance of anxiety disorders (ADs), but also to their treatment. Extinction, as the laboratory analogue to behavioral exposure, is assumed a core process underlying the treatment of ADs. Although exposure-based treatments are highly effective for the average patient suffering from an AD, there remains a gap in treatment efficacy with over one third of patients failing to achieve clinically significant symptom relief. There is ergo a pressing need for intensified research regarding the underlying neural mechanisms of aberrant emotional-associative learning processes and the neurobiological moderators of treatment (non-)response in ADs.
The current thesis focuses on different applications of the fundamental principles of fear conditioning and extinction by using two example cases of ADs from two different multicenter trials. First, we targeted alterations in fear acquisition, extinction, and its recall as a function of psychopathology in panic disorder (PD) patients compared to healthy subjects using fMRI. Second, exposure-based therapy and pre-treatment patient characteristics exerting a moderating influence on this essential learning process later on (i.e. treatment outcome) were examined using multimodal functional and structural neuroimaging in spider phobia.
We observed aberrations in emotional-associative learning processes in PD patients compared to healthy subjects indicated by an accelerated fear acquisition and an attenuated extinction recall. Furthermore, pre-treatment differences related to defensive, regulatory, attentional, and perceptual processes may exert a moderating influence on treatment outcome to behavioral exposure in spider phobia. Although the current results need further replication, on an integrative meta level, results point to a hyperactive defensive network system and deficient emotion regulation processes (including extinction processes) and top-down control in ADs. This speaks in favor of transdiagnostic deficits in important functional domains in ADs.
Deficits in transdiagnostic domains such as emotion regulation processes could be targeted by enhancing extinction learning or by means of promising tools like neurofeedback. The detection of pre-treatment clinical response moderators, for instance via machine learning frameworks, may help in supporting clinical decision making on individually tailored treatment approaches or, respectively, to avoid ineffective treatment and its related financial costs. In the long run, the identification of neurobiological markers which are capable of detecting non-responders a priori represents an ultimate goal.
Einflüsse der Photophysik und Photochemie von Cyaninfarbstoffen auf die Lokalisationsmikroskopie
(2023)
In den letzten Jahren haben sich hochauflösende Fluoreszenzmikroskopiemethoden, basierend auf der Lokalisation einzelner Fluorophore, zu einem leistungsstarken Werkzeug etabliert, um Fluoreszenzbilder weit unterhalb der Auflösungsgrenze zu generieren. Hiermit können räumliche Auflösungen von ~ 20 nm erzielt werden, was weit unterhalb der Beugungsgrenze liegt. Dabei haben zahlreiche Optimierungen und Entwicklungen neuer Methoden in der Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie die Genauigkeit der orstspezifischen Bestimmung einzelner Fluorophore auf bis zu ~ 1 – 3 nm erhöht. Eine Auflösung im molekularen Bereich, weit unterhalb von ~ 10 nm bleibt allerdings herausfordernd, da die Lokalisationsgenauigkeit nur ein Kriterium hierfür ist. Allerdings wurde sich in den letzten Jahren überwiegend auf die Verbesserung dieses Parameters konzentriert. Weitere Kriterien für die fluoreszenzmikroskopische Auflösung sind dabei unter anderem die Markierungsdichte und die Kopplungseffizienz der Zielstruktur, sowie der Kopplungsfehler (Abstand zur Zielstruktur nach Farbstoffkopplung), die sich herausfordernd für eine molekulare Auflösung darstellen. Auch wenn die Kopplungseffizienz und -dichte hoch und der Kopplungsfehler gering ist, steigt bei Interfluorophordistanzen < 5nm, abhängig von den Farbstoffen, die Wahrscheinlichkeit von starken und schwachen Farbstoffwechselwirkungen und damit von Energieübertragungsprozessen zwischen den Farbstoffen, stark an. Daneben sollten Farbstoffe, abhänging von der Lokalisationsmikroskopiemethode, spezifische Kriterien, wie beispielsweise die Photoschaltbarkeit bei dSTORM, erfüllen, was dazu führt, dass diese Methoden häufig nur auf einzelne Farbstoffe beschränkt sind. In dieser Arbeit konnte mithilfe von definierten DNA-Origami Konstrukten gezeigt werden, dass das Blinkverhalten von Cyaninfarbstoffen unter dSTORM-Bedingungen einer Abstandsabhängigkeit aufgrund von spezifischen Energieübertragungsprozessen folgt, womit Farbstoffabstände im sub-10 nm Bereich charakterisiert werden konnten. Darüber hinaus konnte diese Abstandsabhängigkeit an biologischen Proben gezeigt werden. Hierbei konnten verschiedene zelluläre Rezeptoren effizient und mit geringem Abstandsfehler zur Zielstruktur mit Cyaninfarbstoffen gekoppelt werden. Diese abstandsabhänigen Prozesse und damit Charakterisierungen könnten dabei nicht nur spezifisch für die häufig unter dSTORM-Bedingungen verwendeten Cyaninfarbstoffen gültig sein, sondern auch auf andere Farbstoffklassen, die einen Auszustand zeigen, übertragbar sein. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass hochauflösende dSTORM Aufnahmen unabhängig vom Farbstoffkopplungsgrad der Antikörpern sind, welche häufig für Standardfärbungen von zellulären Strukturen verwendet werden. Dabei konnte durch Photonenkoinzidenzmessungen dargelegt werden, dass aufgrund komplexer Farbstoffwechselwirkungen im Mittel nur ein Farbstoff aktiv ist, wobei höhere Kopplungsgrade ein komplexes Blinkverhalten zu Beginn der Messung zeigen. Durch die undefinierten Farbstoffabstände an Antikörpern konnte hier kein eindeutiger Energieübertragungsmechanismus entschlüsselt werden. Dennoch konnte gezeigt werden, dass Farbstoffaggregate bzw. H-Dimere unter dSTORM-Bedingungen destabilisiert werden. Durch die zuvor erwähnten DNA-Origami Konstrukte definierter Interfluorophordistanzen konnten Energieübertragungsmechanismen entschlüsselt werden, die auch für die Antikörper diverser Kopplungsgrade gültig sind. Des Weiteren konnten, ausgelöst durch komplexe Energieübertragungsprozesse höherer Kopplungsgrade am Antikörper, Mehrfarbenaufnahmen zellulärer Strukturen generiert werden, die über die spezifische Fluoreszenzlebenszeit separiert werden konnten. Dies stellt hier eine weitere Möglichkeit dar, unter einfachen Bedingungen, schnelle Mehrfarbenaufnahmen zellulärer Strukturen zu generieren. Durch die Verwendung des selben Farbstoffes unterschiedlicher Kopplungsgrade kann hier nur mit einer Anregungswellenlänge und frei von chromatischer Aberration gearbeitet werden. Neben den photophysikalischen Untersuchungen der Cyaninfarbstoffe Cy5 und Alexa Fluor 647 wurden diese ebenso photochemisch näher betrachtet. Dabei konnte ein neuartiger chemischer Mechanismus entschlüsselt werden. Dieser Mechanismus führt, ausgelöst durch Singulett-Sauerstoff (1O2), zu einer Photozerschneidung des konjugierten Doppelbindungssystems um zwei Kohlenstoffatome, was zu strukturellen und spektroskopischen Veränderungen dieser Farbstoffe führt. Auf Grundlage dieses Mechanismus konnte eine neue DNA-PAINT Methode entwickelt werden, die zu einer Beschleunigung der Aufnahmezeit führt.
To study coisotropic reduction in the context of deformation quantization we introduce constraint manifolds and constraint algebras as the basic objects encoding the additional information needed to define a reduction. General properties of various categories of constraint objects and their compatiblity with reduction are examined. A constraint Serre-Swan theorem, identifying constraint vector bundles with certain finitely generated projective constraint modules, as well as a constraint symbol calculus are proved. After developing the general deformation theory of constraint algebras, including constraint Hochschild cohomology and constraint differential graded Lie algebras, the second constraint Hochschild cohomology for the constraint algebra of functions on a constraint flat space is computed.
Der postoperative Hypoparathyreoidismus (PH) stellt eine der häufigsten Komplikationen nach Schilddrüsenoperationen dar. Ziel dieses systematischen Reviews und Metaanalyse ist die Erarbeitung einer einheitlichen Definition sowie die Ermittlung des bestmöglichen Ansatzes für eine frühzeitige Detektion des PH.
Nach Durchführung einer systematischen Literaturrecherche gemäß der PICo-Systematik unter Verwendung der Datenbanken Embase, Pubmed und der Cochrane Library, erfolgte die themenbezogene Aufarbeitung der eingeschlossenen Studien, sowie eine Bias-Bewertung und Metaanalyse geeigneter Arbeiten.
Von 13.704 Artikeln konnten 188 in die weitere Analyse eingeschlossen werden. In diesen fanden sich sehr heterogene Definitionen des PH. Sowohl in der systematischen Analyse als auch in der Metaanalyse zeigte sich eine genauere Vorhersagekraft des PH durch eine postoperative im Vergleich zu einer intraoperativen PTH-Messung. Keiner der analysierten Zeiträume innerhalb des ersten postoperativen Tages (POD1) zeigte eine signifikante Überlegenheit in der Vorhersage eines PH. Die PTH- Schwellenwerte 10 bzw. 15 pg/ml können einen PH zuverlässig detektieren. Als Entscheidungsgrundlage zwischen den beiden Werten kann die untere Normwertgrenze des angewendeten Testverfahrens herangezogen werden. Bei präoperativer PTH-Abnahme nach Anästhesieeinleitung ist ein relativer PTH-Abfall von prä- nach postoperativ von 73 ± 11% prädiktiv für die Entwicklung eines PH. Die Bestimmung des Calciumspiegels an POD1 ist obligat und optimiert insbesondere die Erkennung einer biochemischen Hypokalzämie.
Ein nicht nachweisbarer oder inadäquat niedriger postoperativer PTH-Spiegel im Zusammenhang mit einer biochemischen oder symptomatischen Hypokalzämie kann als einheitliche Definition des postoperativen Hypoparathyreoidismus vorgeschlagen werden. Die Messung des Parathormons sollte zwischen einer und sechs Stunden postoperativ, spätestens aber innerhalb von 24 Stunden erfolgen. Sowohl der Schwellenwert ≤ 15 pg/ml als auch ein relativer PTH-Abfall von prä- nach postoperativ sind zuverlässig in der Detektion gefährdeter Patienten.
Despite accounting for only a small proportion of all skin cancers, malignant melanoma
displays a serious health risk with increasing incidence and high mortality rate. Fortunately,
advances in the treatment of malignant melanoma now prolong survival and enhance response
and treatment efficacy. Established biomarkers help evaluate disease progression and
facilitate choosing appropriate and individual treatment options. However, the need for easily
accessible and reliable biomarkers is rising to predict patient-specific clinical outcome.
Eosinophil infiltration into the tumor and high peripheral eosinophil counts prior and during
treatment have been associated with better response in patients for various cancer entities,
including melanoma. An analysis of a heterogeneous study cohort reported high serum ECP
levels in non-responders. Hence, eosinophil frequency and serum ECP as a soluble
eosinophil-secreted mediator were suggested as prognostic biomarkers in melanoma. We
examined whether melanoma patients treated with first-line targeted therapy could also benefit
from the effects of eosinophils. In total, 243 blood and serum samples from patients with
advanced melanoma were prospectively and retrospectively collected before and after drug
initiation. To link eosinophil function to improved clinical outcome, soluble serum markers and
peripheral blood counts were used for correlative studies using a homogeneous study cohort.
In addition, functional and phenotypical characterizations provided insights into the expression
profile and activity of freshly isolated eosinophils, including comparisons between patients and
healthy donors.
Our data showed a significant correlation between high pre-treatment blood eosinophil counts
and improved response to targeted therapy and by trend to combinatorial immunotherapy in
patients with metastatic melanoma. In accordance with previous studies our results links
eosinophil blood counts to better response in melanoma patients. High pre-treatment ECP
serum concentration correlated with response to immunotherapy but not to targeted therapy.
Eosinophils from healthy donors and patients showed functional and phenotypical similarities.
Functional assays revealed a strong cytotoxic potential of blood eosinophils towards
melanoma cells in vitro, inducing apoptosis and necrosis. In addition, in vitro cytotoxicity was
an active process of peripheral eosinophils and melanoma cells with bidirectional features and
required close cell-cell interaction. The extent of cytotoxicity was dose-dependent and showed
susceptibility to changes in physical factors like adherence. Importantly, we provide evidence
of an additive tumoricidal function of eosinophils and combinatorial targeted therapy in vitro. In
summary, we give valuable insights into the complex and treatment-dependent role of
eosinophils in melanoma. As a result, our data support the suggestion of eosinophils and their
secreted mediators as potential prognostic biomarkers. It will take additional studies to
examine the molecular mechanisms that underlie our findings.
Das kolorektale Karzinom zählt zu den häufigsten Tumoren in den westlichen Nationen. Für die Heilung ist neben der frühen Diagnose und der korrekten Klassifikation in UICC-Stadien, die Auswahl einer effektiven individuellen Therapiestrategie von Bedeutung. Der Schlüssel für die erfolgreiche Verbesserung dieser und weiterer Schritte in der Behandlung eines kolorektalen Karzinom ist die Analyse der Interaktion zwischen kolorektalen Karzinomzellen und Immunzellen in einem 3D-Zellkulturmodell, das es ermöglicht, die in vivo Situation möglichst realitätsnah zu imitieren.
Im Vergleich zwischen einem 2D- und 3D-Zellkulturmodell konnten in dieser Arbeit bedeutende und reproduzierbare Unterschiede sowohl im Wachstumsverhalten und in der Zellmorphologie von Kolonkarzinomzellen (SW480-Zellen), Fibroblasten und Immunzellen (PBMC) als auch in deren Interaktion untereinander aufgezeigt werden.
PBMC induzieren im 2D-System sowohl bei der MK der SW480-Zellen als auch bei der KK mit Fibroblasten im Vergleich zum 3D-System deutlich mehr Apoptose. So gibt es bei der MK mit 1, 2 und 3 Millionen PBMC eine durchschnittliche Apoptosezunahme von 88 % nach 24 h und von 95 % nach 48 h. Bei der KK mit ebenfalls 1, 2 und 3 Millionen PBMC gibt es mit durchschnittlich 89 % nach 24 h und 92 % nach 48 h vergleichbare Apoptosezunahmen.
Zellkulturen auf azellularisierter Darmmatrix bieten den Raum für die bereits erwähnten wichtigen 3D-Zell-ECM- und Zell-Zellinteraktionen, realitätsnahe extrazelluläre Matrizen und soluble Substanzen, die eine sehr große Bedeutung für die Ausbildung tumorspezifischer Charakteristika haben wie z. B. Karzinogenese, Gewebsdifferenzierung Proliferationsgeschwindigkeit, Metastasierungspotential, Malignität, Angiogeneseeigenschaften und Mikroumgebungsbedingungen wie sie im System Mensch vorkommen.
Sie besitzen durch ihre viel komplexere histologische Struktur im Vergleich zu den zweidimensionalen Monolayer-Systemen eine höhere Aussagekraft, bieten eine bessere Vergleichbarkeit mit Tumorsystemen in lebenden Organismen und mindern die experimentelle Fehlinterpretationsraten im Vergleich zu 2D-Modellen. So ist es auch nicht verwunderlich, dass die Ergebnisse bezüglich der Apoptoserate der SW480-Zellen in beiden Zellkulturmodellen so unterschiedlich ausfallen. Durch eine gute strategische Planung der Durchführung weiterer Experimente und der Quantifizierung von weiteren möglichen Zytokinen könnte der Pool an möglichen Wegen hin zur Apoptose der SW480-Zelle eingeengt werden.
Unsere Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, auch zukünftig weiter an dieser Thematik zu forschen, um so die Therapie des kolorektalen Karzinoms entscheidend zu verbessern. So wäre es durchaus vorstellbar, innerhalb dieses 3D-Modells durch Experimente, die beispielsweise die Tumorzellumgebung oder die Immunzelleigenschaften verändern, dem tumorzellbiologischen Verhalten und der immunologischen Tumor-Wirtsbeziehung in vivo entscheidend näher zu kommen.