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This thesis describes the functional principle of FARN, a novel flight controller for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) designed for mission scenarios that require highly accurate and reliable navigation. The required precision is achieved by combining low-cost inertial sensors and Ultra-Wide Band (UWB) radio ranging with raw and carrier phase observations from the Global Navigation Satellite System (GNSS). The flight controller is developed within the scope of this work regarding the mission requirements of two research projects, and successfully applied under real conditions.
FARN includes a GNSS compass that allows a precise heading estimation even in environments where the conventional heading estimation based on a magnetic compass is not reliable. The GNSS compass combines the raw observations of two GNSS receivers with FARN’s real-time capable attitude determination. Thus, especially the deployment of UAVs in Arctic environments within the project for ROBEX is possible despite the weak horizontal component of the Earth’s magnetic field.
Additionally, FARN allows centimeter-accurate relative positioning of multiple UAVs in real-time. This enables precise flight maneuvers within a swarm, but also the execution of cooperative tasks in which several UAVs have a common goal or are physically coupled. A drone defense system based on two cooperative drones that act in a coordinated manner and carry a commonly suspended net to capture a potentially dangerous drone in mid-air was developed in conjunction with the
project MIDRAS.
Within this thesis, both theoretical and practical aspects are covered regarding UAV development with an emphasis on the fields of signal processing, guidance and control, electrical engineering, robotics, computer science, and programming of embedded systems. Furthermore, this work aims to provide a condensed reference for further research in the field of UAVs.
The work describes and models the utilized UAV platform, the propulsion system, the electronic design, and the utilized sensors. After establishing mathematical conventions for attitude representation, the actual core of the flight controller, namely the embedded ego-motion estimation and the principle control architecture are outlined. Subsequently, based on basic GNSS navigation algorithms, advanced carrier phase-based methods and their coupling to the ego-motion estimation framework are derived. Additionally, various implementation details and optimization steps of the system are described. The system is successfully deployed and tested within the two projects. After a critical examination and evaluation of the developed system, existing limitations and possible improvements are outlined.
Bei der zystischen Fibrose (CF) sowie der primären Ziliendyskinesie (PCD) handelt es sich um zwei seltene Erkrankungen, die unter anderem den mukoziliären Transport beeinträchtigen. CF gehört hierbei zu den am häufigsten vorkommenden angeborenen Stoffwechselerkrankungen, wobei Betroffene unter einem Defekt des Cystic Fibrosis Transmembrane Conductor Regulator (CFTR)-Gens leiden, der durch die Produktion von hochviskosem Sekret in muzinproduzierenden Organen, wie dem gastrointestinalen Trakt und der Lunge, gekennzeichnet ist. Patienten, die an PCD leiden, weisen Defekte in, zum jetzigen Zeitpunkt, ca. 38 bekannten und PCD-assoziierten Genen auf, die in strukturellen Defekten des ziliären Apparats und somit in dysfunktionalen Kinozilien resultieren. Da aktuell weder für die CF noch für die PCD eine Heilung möglich ist, steht bei der Therapie vor allem die Linderung der Symptome im Fokus. Grundlegendes Ziel ist der langfristige Erhalt der Lungenfunktion sowie die Prävention bakterieller Infekte. Als bisherige Modellsysteme zur Erforschung möglicher Therapeutika gelten Tiermodelle, die den humanen Phänotyp aufgrund von Speziesdiversität nicht vollständig abbilden können. Als vielversprechende Testsysteme für die zystische Fibrose gelten humane intestinale Organoidkulturen. Nachdem allerdings vorwiegend respiratorische Symptome für die Mortalität der Patienten verantwortlich sind, stellen CF-Atemwegsmodelle bessere Testsysteme für zukünftige Therapeutika dar. Atmungsorganoidkulturen wurden verwendet, um die CFTR-Funktionalität zu untersuchen, repräsentieren aber nicht vollständig die in vivo Situation. Deshalb werden zur Entwicklung neuer Therapiestrategien patientenspezifische 3D in vitro Testsysteme der humanen Atemwege benötigt, die insbesondere im Hinblick auf personalisierte Medizin ihren Einsatz finden. In der vorliegenden Arbeit wurde eine für den Lehrstuhl neue Methode zur Zellgewinnung aus nasalen Schleimhautabstrichen etabliert, die eine standardisierte Versorgung mit humanem Primärmaterial garantiert. Zur Generierung einer krankheitsspezifischen Zelllinie, wie beispielsweise einer PCD-Zelllinie mit Hilfe des CRISPR/Cas9-Systems, ist eine Atemwegszelllinie erforderlich, die die in vivo Situation vollständig repräsentiert. So wurden vier verschiedene respiratorische Epithelzelllinien (HBEC3-KT, Calu-3, VA10 und Cl-huAEC) auf ihren mukoziliären Phänotyp hin untersucht, wobei lediglich die Zelllinie HBEC3-KT in zilientragende Zellen differenzierte. Diese zeigten jedoch nur auf ca. 5 % der Modelloberfläche Kinozilien, wodurch die humane respiratorische Mukosa nicht komplett abgebildet werden konnte und die HBEC3-KT-Zelllinie keine geeignete Zelllinie zur Generierung einer PCD-Zelllinie darstellte. Mit Hilfe des Tissue Engineering war es möglich, 3D in vitro Testsysteme basierend auf zwei unterschiedlichen Matrices, der biologischen SIS (small intestinal submucosa) und der synthetischen Polyethylenterephthalat (PET)-Membran, aufzubauen. Es wurden 3D Atemwegstestsysteme mit humanen primären nasalen und tracheobronchialen Epithelzellen generiert. Ergänzend zu histologischen Untersuchungen und zur Charakterisierung spezifischer Marker des respiratorischen Systems mittels Immunfluoreszenz, wurde die Ultrastruktur der Modelle, mit speziellem Fokus auf ziliäre Strukturen, analysiert. Um Rückschlüsse auf die ziliäre Funktionalität ziehen zu können und somit eine hohe in vivo Korrelation zu bestätigen, wurde im Rahmen dieser Arbeit am Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin die Methode der Hochgeschwindigkeitsvideomikroskopie etabliert, welche die Analyse der Zilienschlagfrequenz sowie des mukoziliären Transports ermöglicht. Ebenfalls wurde der Einfluss von isotoner Kochsalzlösung und des � 2-adrenergen Agonisten Salbutamol, das vor allem als Bronchodilatator bei Asthmapatienten eingesetzt wird, auf die Zilienschlagfrequenz analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass beide Substanzen den Zilienschlag im Atemwegsmodell erhöhen. Zur Generierung der Testsysteme der beiden seltenen Erkrankungen CF und PCD wurden Epithelzellen der betroffenen Patienten zunächst mittels nicht-invasiver Raman-Spektroskopie auf einen potentiellen Biomarker untersucht, welcher Einsatz in der Diagnostik der beiden Krankheiten finden könnte. Es konnte jedoch weder für die CF noch für die PCD ein Biomarker aufgedeckt werden. Jedoch zeigten PCD-Zellen eine geringe Auftrennung gegenüber nicht-PCD Zellen. Anschließend wurden 3D-Atemwegstestsysteme basierend auf Patientenzellen aufgebaut. Der Phänotyp der CF-Modelle wurde mittels immunhistologischer Färbung und der Analyse des gestörten mukoziliären Transports verifiziert. Strukturelle ziliäre Defekte konnten durch die ultrastrukturelle Analyse von Zilienquerschnitten in drei donorspezifischen PCD-Modellen identifiziert werden. Darüber hinaus konnte die ziliäre Funktionalität mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitsvideomikroskopie nicht nachgewiesen werden. Zusammenfassend ist es in dieser Arbeit gelungen, eine neue Methode zur vollständigen Charakterisierung von 3D-Atemwegstestsystemen zu etablieren, die die Analyse der Zilienschlagfrequenz sowie des mukoziliären Transports ermöglicht. Es konnte erstmalig gezeigt werden, dass mit Hilfe des Tissue Engineering ein personalisiertes Krankheitsmodell für die PCD auf Segmenten eines dezellularisierten porzinen Jejunums generiert werden kann, das zukünftig ein Testsystem für potentielle Therapeutika darstellen kann.
Inspired by the fact that sufficient solubility in aqueous media can be achieved by functional substitution of perylene bisimides (PBIs) with polar groups, one of the essential aims of this thesis was the design and successful synthesis of the new water-soluble PBI cyclophanes [2PBI]-1m and [2PBI]-1p, which are appended with branched, hydrophilic oligoethylene glycol (OEG) chains. Subsequently, the focus was set on the elucidation of properties of PBI cyclophane hosts which are also of relevance for recognition processes in biological systems. The performance of the new amphiphilic PBI cyclophane [2PBI]-1p as synthetic receptors for various natural aromatic alkaloids in aqueous media was thoroughly investigated. Alkaloids represent a prominent class of ubiquitous nitrogen containing natural compounds with a great structural variety and diverse biological activity. As of yet, no chromophore host acting as a molecular probe for a range of alkaloids such as harmine or harmaline is known. In addition, the self-association behavior of cyclophane host [2PBI]-1m and its reference monomer in water was studied in order to gain insights into the thermodynamic driving forces affecting the self-assembly process of these two PBI systems in aqueous environment. Moreover, the chirality transfer upon guest binding previously observed for a PBI cyclophane was investigated further. The assignment of the underlying mechanism of guest recognition to either the induced fit or conformational selection model was of particular interest.
Summary
Bees, like many other organisms, evolved an endogenous circadian clock, which enables them to foresee daily environmental changes and exactly time foraging flights to periods of floral resource availability. The social lifestyle of a honey bee colony has been shown to influence circadian behavior in nurse bees, which do not exhibit rhythmic behavior when they are nursing. On the other hand, forager bees display strong circadian rhythms. Solitary bees, like the mason bee, do not nurse their offspring and do not live in hive communities, but face the same daily environmental changes as honey bees. Besides their lifestyle mason and honey bees differ in their development and life history, because mason bees overwinter after eclosion as adults in their cocoons until they emerge in spring. Honey bees do not undergo diapause and have a relatively short development of a few weeks until they emerge. In my thesis, I present a comparison of the circadian clock of social honey bees (Apis mellifera) and solitary mason bees (Osmia bicornis and Osmia cornuta) on the neuroanatomical level and behavioral output level.
I firstly characterized in detail the localization of the circadian clock in the bee brain via the expression pattern of two clock components, namely the clock protein PERIOD (PER) and the neuropeptide Pigment Dispersing Factor (PDF), in the brain of honey bee and mason bee. PER is localized in lateral neuron clusters (which we called lateral neurons 1 and 2: LN1 and LN2) and dorsal neuron clusters (we called dorsal lateral neurons and dorsal neurons: DLN, DN), many glia cells and photoreceptor cells. This expression pattern is similar to the one in other insect species and indicates a common ground plan of clock cells among insects. In the LN2 neuron cluster with cell bodies located in the lateral brain, PER is co-expressed with PDF. These cells build a complex arborization network throughout the brain and provide the perfect structure to convey time information to brain centers, where complex behavior, e.g. sun-compass orientation and time memory, is controlled. The PDF arborizations centralize in a dense network (we named it anterio-lobular PDF hub: ALO) which is located in front of the lobula. In other insects, this fiber center is associated with the medulla (accessory medulla: AME). Few PDF cells build the ALO already in very early larval development and the cell number and complexity of the network grows throughout honey bee development. Thereby, dorsal regions are innervated first by PDF fibers and, in late larval development, the fibers grow laterally to the optic lobe and central brain. The overall expression pattern of PER and PDF are similar in adult social and solitary bees, but I found a few differences in the PDF network density in the posterior protocerebrum and the lamina, which may be associated with evolution of sociality in bees.
Secondly, I monitored activity rhythms, for which I developed and established a device to monitor locomotor activity rhythms of individual honey bees with contact to a mini colony in the laboratory. This revealed new aspects of social synchronization and survival of young bees with indirect social contact to the mini colony (no trophalaxis was possible). For mason bees, I established a method to monitor emergence and locomotor activity rhythms and I could show that circadian emergence rhythms are entrainable by daily temperature cycles. Furthermore, I present the first locomotor activity rhythms of solitary bees, which show strong circadian rhythms in their behavior right after emergence. Honey bees needed several days to develop circadian locomotor rhythms in my experiments. I hypothesized that honey bees do not emerge with a fully matured circadian system in the hive, while solitary bees, without the protection of a colony, would need a fully matured circadian clock right away after emergence. Several indices in published work and preliminary studies support my hypothesis and future studies on PDF expression in different developmental stages in solitary bees may provide hard evidence.
Observing the Digital Self
(2021)
Facebook, Instagram, Twitter & Co. Social media have become an essential part of everyday life for many people in recent years, and as such, it is impossible to imagine a life without them. It seems self-evident to operate as an active prosumer in the net via various end devices. We create personal profiles in various social networks, exchange ideas, and connect with others. We take part in virtual events, and above all: we actively shape the web.
The photo and video platform Instagram is one of the most popular social networking sites. Since 2010, the online service has offered its users the opportunity for personal development and space for creativity. Therefore, the personal profiles serve not only participatory reasons but also facilitate acts of self-representation.
In addition to apparently visible aspects, questions about self-perception arise: How do users experience and evaluate their activities in virtual space? How do they perceive their actions between the offline and online world, and how intertwined are these spheres? Through an ethnographical approach, this work represents the attempt to look beyond the self-evident aspects of the digital self. For this purpose, two Instagram users were accompanied for more than a year.
Hintergrund: Die HIV-Infektion wird von einer allgemeinen Hyperimmunaktivierung begleitet, die wahrscheinlich eine treibende Kraft in der Pathogenese der Entwicklung von AIDS darstellt. Im Rahmen einer 24-monatigen, Placebo-kontrollierten, randomisierten Doppelblindstudie wurde in unserer Arbeitsgruppe der Einfluss von gering-dosiertem Prednisolon (5 mg/Tag) auf die Progression der Erkrankung untersucht (ProCort-Studie, clinicaltrials.gov NCT01299948). Es konnte gezeigt werden, dass gering-dosiertes Prednisolon bei weiblichen Studienteilnehmerinnen zu einer signifikant verlangsamten Progression hin zum Studienendpunkt AIDS geführt hat. Die immunologischen Grundlagen dieses Effektes sind noch nicht ausreichend verstanden. Es ist bekannt, dass die HIV-Infektion zu einer Zunahme der aktivierten T-Zellen im Blut führt und dass der Anteil dieser aktivierten T-Zellen mit der Krankheitsprogression korreliert. Diese T-Zell Hyperaktivierung wird unter antiretroviraler Behandlung wieder normalisiert. In der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss der Prednisolon-Behandlung auf die T-Zell-Aktivierung untersucht werden, um zu verstehen, ob die Prenisolon-Behandlung ähnliche positive Effekte auf das Immunsystem hat, wie die antiretrovirale Therapie.
Methoden: In dieser Studie wurden insgesamt 154 PBMC-Proben (77 Placebo, 77 Prednisolon) des Studienzeitpunktes 12 Monate untersucht. Die PBMC wurden mit Fluorochrom-markierten Antikörpern gegen CD3 (PerCP-Cy 5.5), CD8 (FITC), CD38 (PE) und HLA-DR (APC) gefärbt und durchflusszytometrisch analysiert. Folgende Populationen wurden definiert: T-Zellen (CD3+), CD8-positive T Zellen (CD3+/CD8+), CD4-positive T Zellen (CD3+/CD8-), aktivierte T Zellen (CD38+/HLA-DR+). Eine statistische Analyse der Daten erfolgte mit Hilfe der GraphPad Prism Software.
Ergebnisse: Patienten mit Prednisolon-Behandlung zeigten im Vergleich zu Patienten mit Placebo-Behandlung eine geringere Aktivierung der CD8+ T Zellen (median 8.04 % [CI95% 8.158-11.54]) vs. median 9.74 % [CI95% 9.71-13.05] sowie der CD4+ T Zellen (median 6.910% [CI95% 6.862-8.721] vs. median 8.185 % [CI95% 8.088-10.49]). Die Unterschiede sind jedoch statistisch nicht signifikant (p=0.1250 bzw. p=0.1032, U test). Bei einer Stratifizierung der Daten nach Geschlecht erreichten die festgestellten Unterschiede zwischen Placebo- und Prednisolonbehandlung bei weiblichen Studienteilnehmern statistische Signifikanz (CD8+ Aktivierung: median 7.3 % [CI95% 7.413-10.26] vs. median 10.3 % [CI95% 9.927-13.69], p = 0.0248, U-test), sowie der CD4+ T Zellen (median 6.735% [CI95% 6.448-8.476] vs. (median 8.36% [CI95% 8.274-10.72], p = 0.0158, U-test), während bei männlichen Studienteilnehmern kein Unterschied auftrat. Die Lymphozytenaktivierung zeigte eine positive Korrelation zur HIV-Viruslast (p = 0.0521 für CD8+ und p = 0.0078 für CD4+, lineare Regression) und zum Immunaktivierungsmarker sCD14 (p = 0.0075 für CD8+ und p < 0.0085 für CD4+, lineare Regression) und zum Aktivierungsmarker supar (p = 0.0261 für CD8+ und p < 0.0001 für CD4+, lineare Regression). Aktivierte CD4+ Zellen zeigten eine positive, aktivierte CD8+ Zellen eine negative Korrelation zum Anteil an memory-B-Zellen (p = 0.0080 für CD8+ und p < 0.0001 für CD4+, lineare Regression). In einer Kaplan-Meyer-Analyse innerhalb des Placebo-Arms zeigten Patienten mit einer höherne Immunaktivierung bei CD8+ T-Lymphozyten (Quartilen Q1 und Q2) eine signifikant schnellere Progression zu AIDS als Patienten mit einer niedrigen Immunaktivierung (Quartilen Q3 und G4, p = 0.0176).
Diskussion: In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Studienteilnehmerinnen mit Prednisolon-Behandlung zum Zeitpunkt 12 Monate eine signifikant niedrigere Lymphozytenaktivierung zeigen als Studienteilnehmerinnen mit Placebo-Behandlung. Die Prednisolon-vermittelte Reduktion der Immunaktivierung korrelierte mit verlangsamter Krankheitsprogression. Die HIV-induzierte Immunaktivierung ist damit ein treibender Faktor in der Progression der Erkrankung. Immunmodulatorische Therapien bei Patienten mit ungenügender Immunrekonstitution unter antiretroviraler Behandlung könnten daher möglicherweise einen positiven Behandlungseffekt erzielen.
Zielsetzung dieser Arbeit ist die Bestimmung der Aktivierung von CD8+ und CD4+ T-Lymphozyten bei Teilnehmern eines RCT, in dem der Effekt von niedrig-dosiertem Prednisolon auf die Progression der HIV-Infektion untersucht werden sollte. Die Ergebnisse sollten mit der Art der Behandlung (Placebo oder Prednisolon), weiteren Markern der Immunaktivierung sowie der Viruslast korreliert werden und der Effekt auf die Krankheitsprogression untersucht werden. Aus diesen Ergebnissen sollten Rückschlüsse auf die Effekte von Prednisolon auf das Immunsystem, sowie ein besseres Verständnis der Immunpathogenese der Infektion gewonnen werden.
The eukaryotic gene expression requires extensive regulations to enable the homeostasis of the cell and to allow dynamic responses due to external stimuli. Although many regulatory mechanisms involve the transcription as the first step of the gene expression, intensive regulation occurs also in the post-transcriptional mRNA metabolism. Thereby, the particular composition of the mRNPs plays a central role as the components associated with the mRNA form a specific “mRNP code” which determines the fate of the mRNA. Many proteins which are involved in this regulation and the mRNA metabolism are affected in diseases and especially neurological disorders often result from an aberrant mRNP code which leads to changes in the regulation and expression of mRNPs.
The focus of this work was on a trimeric protein complex which is termed TTF complex based on its subunits TDRD3, TOP3β and FMRP. Biochemical investigations revealed that the three components of the TTF complex are nucleo-cytosolic shuttle proteins which localize in the cytoplasm at the steady-state, associate with mRNPs and are presumably connected to the translation. Upon cellular stress conditions, the TTF components concentrate in stress granules. Thus, the TTF complex is part of the mRNP code, however its target RNAs and function are still completely unknown. Since the loss of functional FMRP results in the fragile X syndrome and TOP3β is associated with schizophrenia and intellectual disability, the TTF complex connects these phenotypically related neuro-psychiatric disorders with each other on a molecular level.
Therefore, the aim of this work was to biochemically characterize the TTF complex and to define its function in the mRNA metabolism. In this work, evidence was provided that TDRD3 acts as the central unit of the TTF complex and directly binds to FMRP as well as to TOP3β. Thereby, the interaction of TDRD3 and TOP3β is very stable, whereas FMRP is a dynamic component. Interestingly, the TTF complex is not bound directly to mRNA, but is recruited via the exon junction complex (EJC) to mRNPs. This interaction is mediated by a specific binding motif of TDRD3, the EBM. Upon biochemical and biological investigations, it was possible to identify the interactome of the TTF complex and to define the role in the mRNA metabolism. The data revealed that the TTF complex is mainly associated with “early” mRNPs and is probably involved in the pioneer round of translation. Furthermore, TOP3β was found to bind directly to the ribosome and thus, establishes a connection between the EJC and the translation machinery. A reduction of the TTF components resulted in selective changes in the proteome in cultured cells, whereby individual protein subsets seem to be regulated rather than the global protein expression.
Moreover, the enzymatic analysis of TOP3β indicated that TOP3β is a type IA topoisomerase which can catalytically attack not only DNA but also RNA. This aspect is particularly interesting with regard to the connection between early mRNPs and the translation which has been revealed in this work.
The data obtained in this work suggest that the TTF complex plays a role in regulating the metabolism of an early mRNP subset possibly in the course of the pioneer round of translation. Until now, the link between an RNA topoisomerase and the mRNA metabolism is thereby unique and thus provides a completely new perspective on the steps in the post-transcriptional gene expression and its regulation.
In der vorliegenden Studie wurden gesunde Neugeborene mit unterschiedlichen Hörscreeningbefunden in den Eigenschaften der Grundfrequenzkontur ihrer spontanen Weinlaute untersucht.
Ziel der vorliegenden Studie war es zu ermitteln, ob sich spontane Lautäußerungen von gesunden Neugeborenen mit einem unauffälligen Neugeborenenhörscreening (NHS) im Vergleich zu einem auffälligen NHS in den modellierten Grundfrequenzeigenschaften und der Melodielänge unterscheiden.
Im Rahmen des Projektes wurden 82 gesunde Neugeborene (2.-4. Lebenstag) rekrutiert und je nach Ergebnis des routinemäßig durchgeführten NHS in zwei Gruppen eingeteilt. Diese waren Neugeborene mit unauffälligem NHS (Gruppe NHS_TU) und Neugeborene mit auffälligem NHS (Gruppe NHS_TA). In einer Nachkontrolle nach 3 Monaten wurde überprüft, ob die Neugeborene mit einem auffälligem NHS auch alle hörgesund waren.
Es wurden insgesamt 2.330 spontane Lautäußerungen aufgenommen und quantitativ analysiert. Hierbei wurden die Melodielänge, das Minimum, das Maximum, die mittlere Grundfrequenz und der Grundfrequenzhub für jede Lautäußerung berechnet. Für jedes Neugeborene wurde ein arithmetischer Mittelwert für die analysierten Variablen gebildet und anschließend zwischen beiden Gruppen verglichen.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie belegen, dass sich gesunde Neugeborene mit unterschiedlichen Hörscreeningbefunden nicht signifikant in ihren Grundfrequenzeigenschaften unterscheiden. Somit konnte bestätigt werden, dass sich gesunde Neugeborene mit auffälligem NHS, welche in der Nachuntersuchung hörgesund sind (Falsch-Positiv-Getestete), die gleichen Lauteigenschaften wie Neugeborene mit unauffälligem NHS aufweisen.
Insgesamt konnte die vorliegende Studie erstmalig Eigenschaften der Grundfrequenzkontur spontaner Lautäußerungen von Neugeborenen mit einem unauffälligen NHS-Befund im Vergleich zu einem auffälligen NHS-Befund objektiv analysieren und entsprechende Referenzwerte für gesunde Neugeborene liefern. Somit wäre eine wichtige Voraussetzung dafür geschaffen, in nachfolgenden Studien zu untersuchen, ob die Melodiekontur ein potenzieller Frühindikator für eine sensorineurale Hörstörung bei Neugeborenen sein könnte.
Rekrutierung von Stromazellen aus gefäßwandresidenten Vorläuferzellen während der Tumorgenese
(2021)
Tumore bestehen nicht nur aus malignen Zellen, sondern ebenfalls aus einer Vielzahl an nicht tumorigenen Zellen, die den Tumor auf vielfältige Weise unterstützen und den Tumor vor therapeutischen Maßnahmen schützen. Die Frage der Herkunft dieser Zellen insbesondere in einem nicht vaskularisierten Tumor ist daher auch für die Entwicklung zukünftiger Therapeutika relevant. In dieser Arbeit wurde eine Methode etabliert, die im dreidimensionalen Raum die Untersuchung des Einflusses von Tumorzellen auf die vaskuläre Adventitia am Model der Mausaorta ermöglicht. Dazu erfolgte die Einbettung von Alginatbeads aus verschiedenen Tumorzelllinien in eine gemeinsame Kollagenmatrix mit murinen Aortenringen. Während des zehntägigem Versuchszeitraums wurde die Aussprossung von Zellen aus den Aortenringen beobachtet und quantifiziert. Es wurde festgestellt, dass die Auswanderung während des Versuchszeitraums zunimmt und dass die Konfrontation mit der Zytokinmischung der Tumorzellen zu einer stärkeren Aussprossung führt, als die Stimulation mit VEGF oder keine Stimulation. Eine gerichtete Auswanderung der Zellen in Richtung der Tumorbeads konnte nicht nachgewiesen bzw. bestätigt werden. Kapilläre Aussprossungen waren nur in geringem Ausmaß zu beobachten. Bei Charakterisierung der ausgewanderten Zellen mittels immunhistochemischer Färbungen waren keine F4/80-positiven und nur einzelne CD34-positive Zellen zu finden. CD31-positive Endothelzellen stellten die Mehrheit der ausgewanderten Zellen bei Tumorzellkonfrontation. Perizyten, die mit dem Marker NG2 gefärbt wurden, stellten eine Mehrheit der migrierten Zellen bei allen Bedingungen.
Die in dieser Arbeit etablierte Methode des Aortenring-Bead-Konfrontationsassays ermöglicht es, in Echtzeit den Einfluss von Tumorzellen auf die Gefäßwand im dreidimensionalen Raum zu beobachten. Der Aortenring-Bead-Konfrontationsassay bietet eine Vielzahl an Variationsmöglichkeiten und stellt daher eine vielversprechende Möglichkeit dar, die Lücke zwischen zweidimensionalen in vitro-Experimenten und kostenintensiven in vivo-Versuchen zu schließen.
Postoperative pulmonale Komplikationen (PPK) gehören zu den häufigsten Ursachen, die zu einem verlängerten Krankenhausaufenthalt, steigenden Kosten und einer erhöhten Morbidität und Mortalität führen. Die pulmonale elektrische Impedanztomographie (EIT) ermöglicht die bettseitige Visualisierung der regionalen Lungenventilation in Echtzeit in der transversalen Elektrodenebene. Insbesondere dorsale Atelektasen oder Pleuraergüsse können eine Verschiebung der Ventilation nach ventral bewirken.
Als Hypothese wurde angenommen, dass postoperativ bei spontanatmenden Patienten nach einem peripheren Eingriff eine Umverteilung der Ventilation nach ventral auftritt und dadurch die Vitalkapazität der Lunge abnimmt.
In die prospektive Beobachtungstudie wurden 27 Patienten eingeschlossen, die sich einem elektiven peripheren Eingriff in Allgemeinnarkose (mit oder ohne Regionalanästhesie) unterzogen und ein erhöhtes Risiko für PPK‘s aufwiesen. Die Lungenfunktion der Patienten wurde präoperativ sowie am ersten und dritten postoperativen Tag mittels EIT in Spontanatmung und einem forcierten Atemmanöver erfasst. Dabei wurde das Center of Ventilation (COVy) berechnet.
Periphere Eingriffe in Allgemeinnarkose führten nicht zu einer signifikanten ventralen Verschiebung der regionalen pulmonalen Ventilation in Spontanatmung gemäß pulmonalem EIT am ersten und dritten postoperativen Tag. Die FVC%Soll war lediglich am ersten postoperativen Tag vermindert. Bei zwei Patienten traten postoperative pulmonale Komplikationen auf. Insgesamt zeigte die Kohorte nur geringe Veränderungen der Vitalkapazität, was einen Einfluss der Eingriffslokalisation auf die Umverteilung der pulmonalen Ventilation nahelegt.
Die Tage vor den Tagen werden in Fach- und Laienkreisen nicht selten als kritische Tage im Menstruationszyklus der Frau wahrgenommen. Die 'Störungsbilder' des Prämenstruellen Syndroms (PMS) und der Prämenstruellen Dysphorischen Störung (PMDS, engl. PMDD) haben sich mittlerweile gesellschaftlich etabliert. Die vorliegende Arbeit nähert sich der Thematik von medizingeschichtlicher Seite, indem sie Darstellungen des Prämenstruums in populärmedizinischen und wissenschaftlichen Texten vom Anfang des 19. Jahrhunderts bis in die Gegenwart untersucht. Sie umfasst einen historischen Überblick über die Entwicklungen vom 19. Jahrhundert bis zur Etablierung des PMS und der PMDD im 20. und 21. Jahrhundert. Auch unterschiedliche Theorien zur Genese prämenstrueller Veränderungen und Beschwerden werden herausgearbeitet. Der Fokus liegt insbesondere auf dem Einfluss medizinischer Lehren und soziokultureller Faktoren (bspw. der Frauenbewegung, der Degenerations-, und Konstitutionslehre) auf die Darstellungen des Prämenstruums in medizinischen Texten.
Die Zielsetzung der vorliegenden Studie war es, die New Wundartzney von Johannes Beris (in der Ausgabe aus dem Verlag Hermann Gülferich aus Frankfurt am Main von 1552) anhand einer Strukturvorgabe aufzubereiten, so wie Ralf Vollmuth sie in seiner Traumatologie und Feldchirurgie an der Wende vom Mittelalter zur Neuzeit erarbeitet hat. Der Hintergrund für die Analyse und Aufarbeitung mittel¬alter¬lich-frühneuzeitlicher wundärztlicher Quellen nach einer Strukturvorgabe ist, eine wissenschaftliche Vergleichbarkeit herzustellen und folglich den Stand der zeitgenössischen medizinischen und pharma¬zeutischen Bildung aufzuzeigen. Die einseitige Rezeption nur der Werke, die eine zahlreiche Auflage erlebten und demnach weit verbreitet und leicht zugänglich waren, ergibt ein verzerrtes Bild des chirurgischen Wissensstands dieser Zeit. Die Struktur des Originaltexts wurde durchbrochen und die erarbeiteten Informationen an die neue, für einen Vergleich geeignete Struktur angepasst.
In diesem Rahmen wurden auch die zahlreichen Wiederholungen von Behand¬lungs¬ansätzen im Original eingekürzt. Diese lassen sich in der Quelle auf die Struktur der Darstellung nach Körperregionen zurückführen und auf die Tatsache, dass zahlreiche Ansätze für mehrere Regionen gleich sind und daher immer wieder erneut vom Verfasser beschrieben werden. In dieser Arbeit werden sie genannt und bei Wiederholung auf die Erstnennung verwiesen.
Leider liefert Beris keine aussagekräftigen Informationen über das Instrumentarium und die chirurgischen Techniken seiner Zeit, sondern beschränkt sich auf die wesent¬li¬chen Aspekte der Behandlung, die sich in vielen Fällen sinngemäß oder fast wörtlich wiederholen. Dies ist jedoch in Anbetracht der Art seiner Schrift, nämlich eines Manuals für seine Schüler, verständlich: Er setzt beim Leser Grund¬wissen voraus, was sich im Werk an einem Mangel an Grundlageninformationen wider¬spiegelt.
Betrachtet man die New Wundarztney, liefert Beris nur wenige innovative Punkte neben der Hygiene und Sauberkeit am Arbeitsplatz des Wundarztes. Auf Sauberkeit zu achten, mahnt er vor allem bei der Ver¬wen¬dung der pharmazeutischen Bestandteile bei der Herstellung der Salben an. Wei¬ter¬hin lehnt er das erneute Brechen von nicht korrekt positionierten und damit disloziert verheilten Brüchen ab, ebenso das chirurgische Entfernen von Pfeilspitzen; er führt so selten wie möglich eine chirurgische Adaptation der Wundränder aus und lässt Pflaster über Tage hinweg ruhen mit dem Hinweis auf bessere Wundheilung bei Ent¬zündungsfreiheit. Ansonsten entsprechen seine Ausführungen dem Stand der Zeit und klassifizieren Beris als Vertreter von unblutigen Therapien.
Die Tatsache, dass die New Wundartzney keine Bildtafeln aufweist, trübt ein wenig das Erscheinungsbild der Quelle, obwohl Bildtafeln in der damaligen Zeit, beispielsweise in gedruckten Handbüchern zur Anatomie und Chirurgie, durchaus üblich waren. Dieses lässt sich darauf zurückführen, dass hier überwiegend Rezepte und Behandlungs¬maßnah¬men für die eigenen Schüler geschildert werden und es sich bei dem Manual um eine wissen¬schaft¬lich eher kleine Schrift handelt.
Insgesamt betrachtet kann somit festgehalten werden, dass die Schrift von Beris nur wenig innovatives Wissen vermittelt. Ihren Anspruch, dem damaligen Wundarzt als praxisorientierte Anleitung zur Behandlung von Wunden und zur Herstellung von Pflastern und Wundtränken zu dienen, erfüllt sie jedoch voll und ganz.
Viel detaillierter hingegen sind die Rezepte in der New Wundartzney, die nicht von Beris selbst stammen und die der Verleger, wie oben erwähnt, als Wissens¬erweite¬rung eingegliedert hat.
Der von Ralf Vollmuth begonnene Katalog von Drogenmonographien konnte anhand der New Wundartzney um 32 neu erarbeitete Beiträge ergänzt werden. Die restlichen 47 der 79 Monographien wurden anhand aktueller Veröffentlichungen verifiziert und wenn notwendig aktualisiert oder ergänzt. Sie stehen damit einer weiteren wissen¬schaft¬lichen Verwen¬dung zur Verfügung. Zum profunderen Studium der Quelle und zur Ergänzung der Arbeit mit einer neuen aktualisierten Textfassung findet man in Kapitel 6 eine Transkription der New Wundartzney.
Die vorliegende Arbeit soll als ein ergänzender Baustein in der Aufarbeitung der spät¬mit¬tel-alterlich-frühneuzeitlichen chirurgischen Quellen und als Beitrag zu einem spä¬te¬ren kritischen Vergleich weiterer Quellen dienen.
Kalkaneusfrakturen machen mit 1-2% nur einen geringen Anteil aller Frakturen aus, jedoch sind sie mit einer hohen Rate an Komplikationen verbunden. Die exakte Wiederherstellung der Gelenkkongruenz im Bereich der posterioren Gelenkfacette ist hierbei von zentraler Bedeutung. In dieser biomechanischen Studie wurden drei verschiedene, winkelstabile Plattenosteosynthesen zur Versorgung von Kalkaneusfrakturen im Hinblick auf ihre Stabilität an Kunststoffknochen in einer Materialprüfmaschine getestet und verglichen. Für jede Gruppe wurden an je neun Kalkaneusmodellen Sanders Typ IIB Frakturen erzeugt und anschließend nach Herstellervorgabe versorgt. Von den drei Plattenosteosynthesen waren zwei neuartige, polyaxiale, winkelstabile Systeme und ein konventionelles, winkelstabiles Plattensystem vertreten. Alle Proben wurden auf drei verschiedenen Kraftniveaus (200N, 600N und 1000N) zyklisch und anschließend in einer Maximalkraftuntersuchung getestet. Gemessen wurden das Peak to Peak Displacement bei 200N, 600N und 1000N, die Steifigkeit, der Δ-Gissane-Winkel und die Art des Materialversagens. Ziel dieser Studie war es, anhand dieser Parameter nachzuweisen, ob neuartige, polyaxiale Plattensysteme durch ihre variable Schraubenplatzierung in einem 30°-Konus eine erhöhte biomechanische Stabilität bei Sanders Typ IIB Kalkaneusfrakturen erzeugen. Die Ergebnisse der oben genannten Messparameter wiesen keine statistisch signifikanten Unterschiede (Signifikanzniveau 0,05) auf, weshalb wir unsere Nullhypothese, dass alle drei Plattensysteme eine vergleichbare biomechanische Stabilität besitzen, beibehielten und unsere Gegenhypothese, dass die neuartigen, polyaxialen Plattensysteme eine überlegene biomechanische Stabilität besitzen, verworfen haben. Es bleibt jedoch folgenden biomechanischen und klinischen Studien überlassen, ob die neuartigen Plattensysteme bei anderen Frakturen oder intraoperativ einen biomechanischen, weichteilschonenderen und insgesamt komplikationsloseren Vorteil erzielen können.
Uns interessierten die Symptome und Belastungen der radioonkologischen Patienten bei Erstvorstellung in der Strahlenklinik sowie die Übereinstimmung des Therapieziels des Patienten mit dem ärztlich dokumentierten Therapieziel. Insbesondere die Unterschiede zwischen palliativen und kurativen Patienten sollten eruiert werden. Auch ein möglicher Zusammenhang zwischen dem Bestrahlungsverlauf und der Symptomintensität der Patienten wurde thematisiert. Des Weiteren sollte untersucht werden, welche Faktoren mit Symptomen und Belastungen assoziiert sind.
Dazu wurde in der Klinik und Poliklinik der Strahlentherapie ein routinemäßig verteilter Selbsteinschätzungsbogen retrospektiv ausgewertet.
Dieser enthielt neben einer an die Bedürfnisse der Strahlenmedizin adaptierten Version der Integrated Palliative care Outcome Scale (aIPOS) und dem Distress-Thermometer (DT) auch die Frage nach dem Therapieziel aus Patientensicht.
Gegenstand dieser Arbeit war die Etablierung eines dreidimensionalen in vitro Tumormodells, welches ein orales in vivo Plattenepithelkarzinom nachbilden sollte. Dabei standen Aufbau, Reproduzierbarkeit und Reliabilität an vorderster Stelle. Als Zellquelle sollten sowohl Tumorzellen aus den Zelllinien FaDu, HLaC79 und HLaC79 Clone 1 als auch primäre Zellen aus karzinogenem Primärgewebe dienen. Als Referenz wurden dabei stets Modelle aus primär isolierten Zellen herangezogen, die ein Äquivalent zur gesunden Mundschleimhaut bildeten. Während der Isolationsvorgang von pathologischen Zellen primärer Plattenepithelkarzinomen aus der Mundhöhle und dem Pharynx aufgrund zahlreicher Kontaminationen und Stagnationen des Zellwachstums keinen Erfolg erzielte und der Versuch eingestellt wurde, war es mit den Tumorzelllinien FaDu und HLaC79 möglich, dreidimensionale in vitro Tumormodelle herzustellen. Ihre Malignität wurde durch die besonderen histologischen Architekturstörungen wie die geringere Epitheldicke, das Fehlen einer Parakeratinisierung im Stratum corneum und die Invasion von Tumorzellen in die Submukosa verdeutlicht. Um einen eindeutigen Vergleich zu den Mukosaäquivalenten zu ziehen, fand eine Immunhistochemie mit unterschiedlichen Markern statt, die vor allem den gestörten Epithelaufbau des Tumormodells verdeutlichte. Als Maß für die Zell-Zell-Kontakte, die im Laufe der Kultivierung entstanden, diente der transepitheliale elektrische Widerstand. Die Behandlung der Tumorzellen und Tumormodelle mit dem klinisch bewährten Zytostatikum Paclitaxel und dem neuen Polyether-Antibiotikum Salinomycin erzielte vor allem in der zweidimensionalen Kultivierung große Erfolge. Hier wurde verdeutlicht, dass Paclitaxel toxisch auf die HLaC79 Tumorzellen wirkt, während die paclitaxelresistenten HLaC79 Clone 1 Tumorzellen immun gegen dieses Medikament sind. Salinomycin hingegen sorgte für eine Verringerung der Zellviabilität bei beiden Zelllinien. Die histologischen Untersuchungen nach der 24-stündigen Medikamentenapplikation mit Paclitaxel bei den Tumormodellen zeigten keine signifikanten Unterschiede, während der transepitheliale elektrische Widerstand stieg und auf eine verstärkte Barriere nach Paclitaxelgabe schließen ließ.
Fraktur-assoziierte Gefäßverletzungen sind seltene, aber potentiell lebensbedrohliche Unfallfolgen. Durch komplexe Verletzungsmuster stellen Fraktur-assoziierten Gefäßverletzungen eine gefäßchirurgische Notfallsituation dar und erfordern eine hohe Expertise seitens des behandelnden Schockraumteams.
Diese retrospektive Studie untersuchte anhand von Patientendaten des Schockraums des Universitätsklinikums Würzburg im Zeitraum Dezember 2005 bis Dezember 2013, das Management von Patienten mit Fraktur-assoziierten Gefäßverletzungen im Extremitäten- und Beckenbereich. Es wurden Daten von N=64 Patienten mit Fraktur-assoziierten Gefäßverletzungen im Bereich der Extremitäten und des Beckens in einem Zeitraum von 8 Jahren ausgewertet. Diese Daten wurden mit Patientendaten von N=60 Patienten mit Frakturen im Bereich der Extremitäten und des Beckens ohne Gefäßbeteiligung verglichen.
Insbesondere wurden Aussagen über Diagnostik, Therapie und Outcome gewonnen. Es konnte gezeigt werden, dass die unterschiedlichsten Trauma Score Systeme (GCS; ISS; RISC II) keine Hinweise auf das zusätzliche Vorliegen einer Gefäßverletzung liefern. Außerdem konnten erstmals die klinischen Auswirkungen einer zusätzlichen Gefäßverletzung auf das präklinische Flüssigkeitsmanagement und das Gerinnungssystem gezeigt werden. So könnten ein präklinisch erhöhter Flüssigkeitsbedarf und veränderte Gerinnungsparameter im Eingangslabor erste Hinweise auf eine zusätzliche Gefäßverletzung geben.
Mit einer Gefäßverletzung muss unabhängig von der Frakturlokalisation, dem Verletzungsausmaß und dem protokollierten Trauma Score gerechnet werden. Beim geringsten Verdacht sollte eine gefäßchirurgische Vorstellung erfolgen.
Bestimmung der Prävalenz medikamentenresistenter HIV-Infektionen bei therapienaiven Patienten in der Viktoriasee-Region in Tansania
Seitdem HIV im Jahr 1983 als Ursache des „acquired immundeficiency syndrome“ (AIDS) isoliert wurde, hat sich viel in der Therapie dieser Infektion getan. Trotzdem handelt es sich um eine Erkrankung, welche bisher nicht geheilt werden kann. Da der weitaus größere Anteil der betroffenen Menschen in strukturschwachen Ländern lebt, ist die größte Herausforderung, eine flächendeckende Therapie weltweit zu etablieren und diese für jeden zugänglich zu machen.
Aufgrund der hohen Mutationsrate des HI-Virus, kommt es zur schnellen Resistenzentwicklung. In strukturschwachen Ländern wie Tansania ist eine Resistenztestung vor Therapiebeginn aktuell aufgrund fehlender Infrastruktur sowie geringer finanzieller Mittel nicht denkbar. Deshalb wird nach WHO-Empfehlung eine standardisierte Dreifachkombination, in der Regel Tenofovir, Lamivudin und Efavirenz, angewendet, ohne vorher eine Resistenztestung vorzunehmen. In regelmäßigen Nachuntersuchungen wird anhand von Viruslast und CD4-Zahl der Erfolg der begonnenen Therapie gemessen und nur bei einem Versagen dieser eine Umstellung vorgenommen.
Bereits im Jahr 2011 wurde von unserer Arbeitsgruppe (Kasang, Kalluvya et al.) nachgewiesen, dass eine deutlich höhere Prävalenz für Primärresistenzen von HI-Viren gegenüber antiretroviraler Therapie bestand, als zuvor angenommen. Betrachtet wurden dabei alle Patienten, welche neu als HIV-positiv getestet wurden und nun therapiert werden sollten. Neu war, dass auch ältere Patienten (>25 Jahre) mit einbezogen wurden. Aufgrund der hohen Prävalenz an Primärresistenzen (19%) nahm man an, dass durch antiretrovirale Therapie entstandene resistente Viren zwischen Partnern direkt übertragen werden können.
In der vorliegenden Arbeit sollte durch die Untersuchung einer größeren Patientengruppe dieser These nachgegangen werden. Untersucht wurde das Plasma von 114 Patienten (> 25 Jahre), welche unmittelbar vor dem Start einer antiretroviralen Therapie standen und bisher therapienaiv waren. Zur Bestimmung von möglicherweise vorliegenden Resistenzen erfolgte im S3-Labor zunächst die Isolierung der Virus-RNA aus dem Plasma. Diese wurde anschließend in DNA umschrieben, amplifiziert, aufgereinigt und sequenziert. Die Sequenzen wurden online durch die „HIV DRUG RESISTANCE DATABASE“ der Stanford University im Hinblick auf den Subtyp der reversen Transkriptase (RT), der Protease sowie auf Resistenzen gegenüber den gängigen aniretroviralen Medikamenten analysiert mit folgenden Ergebnissen:
1. Die Prävalenz für eine Primärresistenz gegenüber antiretroviralen Medikamenten betrug 21,5 %
2. Die Medikamente der Triple-Therapie waren in der untersuchten Gruppe mit einer Prävalenz von 10,53 % betroffen.
3. Diese Ergebnisse sind besorgniserregend und bestätigen die von Kasang, Kalluvya et al. aufgestellte These
Für den weitaus größeren Teil der untersuchten Patienten wäre jedoch die Triple-Therapie ohne kostspielige und aufwendige Resistenztestung ausreichend gewesen. Vorderstes Ziel bleibt somit die finanziellen Ressourcen weiterhin Zugänglichkeit der medikamentösen Behandlung zu nutzen, da dies die beste Methode ist, die Ausbreitung dieser Pandemie einzudämmen. Dennoch werden in den nächsten Jahren weiterhin Untersuchungen mit noch größeren Patientenzahlen nötig sein, um die Wirksamkeit des aktuellen Therapieregimes ständig zu überprüfen und gegebenenfalls eine Anpassung vorzunehmen.
Es wurden insgesamt 20 Patienten in dieser retrospektiven single-center Studie untersucht. Diese wurden zwischen von 2007 bis 2015 in der Klinik und Poliklinik für Unfall-, Hand-, Plastische und Wiederherstellungschirurgie der Universitätsklinik Würzburg operativ behandelt. Die Gesamtanzahl der Talusfrakturen in dem genannten Zeitraum betrug n = 91. Die Patientenanzahl, die den genannten Einschlusskriterien wie Alter > 17 Jahre, singuläre Fraktur und keine psychiatrischen Begleiterkrankungen entsprachen, betrug n = 25.
Der Nachuntersuchungszeitraum betrug im Mittel 252 Wochen (63 Monate), die Nachuntersuchungsquote beträgt 80%.
Die Unfallhergänge waren meist Hochrasanztraumata mit PKW oder Motorrad bzw. Stürze aus großer Höhe (Fallschirmsprung, Baugerüste).
Die klinischen Ergebnisse der Patienten wurden anhand von Bewegungsumfang sowie von AOFAS, VAS und MFS als Scores ermittelt.
Bei den pedobarographischen Untersuchungen wurden die Kraftmaxima, Spitzendrücke, Kontaktzeiten und Kontaktflächen für den gesamten Fuß, Ferse, Mittelfuß, MFK1, MFK2, MFK3, MFK4, MFK5, Großzehe, zweite Zehe und die Zehen 3, 4, 5 festgestellt.
Radiologisch wurde anhand von Röntgen-Aufnahmen der Arthrosegrad und per CT-Aufnahmen die Stufenbildung am Gelenk untersucht.
Hiernach erfolgte die statistische Auswertung mittels IBM SPSS Statistics Version 23 für Mac OS.
Das Patientenkollektiv bestand aus 16 Männern und vier Frauen mit einem Durchschnittsalter von 30,7 Jahren.
Elf der 20 Patienten erlitten eine Talusfraktur nach Hawkins (Drei Typ I, vier Typ II, drei Typ III und eine Fraktur vom Typ IV (in der Modifikation von Canale & Kelly). Neun Patienten erlitten eine Talusfraktur nach Marti & Weber (sechs vom Typ I und drei vom Typ II).
Von den 20 Frakturen waren 19 geschlossen und eine offen. Diese offene Fraktur entsprach Grad II nach Gustilo & Anderson.
Die durchschnittliche Zeit bis zur OP betrug 4,75 Tage, die durchschnittliche OP-Dauer 119 Minuten (38-255 Minuten) und die durchschnittliche Verweildauer im Krankenhaus insgesamt durchschnittlich 13,2 Tage.
Dabei gab es keine Korrelation zwischen Schwere des Traumas und der Dauer des Krankenhausaufenthaltes.
Überwiegend wurden die Patienten mittels offener Schraubenosteosynthese versorgt, einmal zusätzlich mit einer Platte und zweimal perkutan. Nach der operativen Versorgung wurde größtenteils eine Teilbelastung von 10-20 kg für 6-12 Wochen angeordnet. Zwei Patienten erlitten eine avaskuläre Talusnekrose (beide Typ Hawkins III).
Die Bewegungsumfänge waren im Vergleich zur gesunden Seite auf der verunfallten Seite sowohl im OSG (ROM: 54° ± 13° vs. 39° ± 14°) als auch im USG (ROM: 28° ± 10° vs. 14° ± 10°) insgesamt signifikant eingeschränkt.
Es zeigten sich in dieser Studie Score-Ergebnisse beim AOFAS von 66 ± 22 Punkten, beim MFS von 79 ± 17 Punkten und beim VAS von 63 ± 23 Punkten.
Hierbei korrelierten die Bewegungsumfänge signifikant mit den Ergebnissen bei den einzelnen Befragungen.
Die radiologischen Kontrollen erfolgten im Mittel 640 Tage postoperativ mittels Röntgenaufnahme und oder Computertomographie.
Hierbei zeigte sich, dass alle Patienten der Studie von einer Arthrose im verunfallten Fuß betroffen waren (Zehn Patienten Grad I, fünf Patienten Grad II, vier Patienten Grad III und ein Patient Grad IV).
Zudem ließen sich in der CT bei mehreren Patienten Stufenbildungen am Gelenk nachweisen (Elf Patienten < 1 mm, sieben Patienten zwischen 1-3 mm und zwei Patienten > 3 mm). Hier zeigte sich, dass je höher Stufe und Arthrosegrad sind, desto schlechter waren die Score-Ergebnisse und der Bewegungsumfang.
Dagegen zeigte sich keine Korrelation zwischen der Zeit bis zur OP und der Auswirkung auf die postoperativen Ergebnisse. Zudem gab es keine Korrelation zwischen der Schwere der Verletzung nach Hawkins und der Dauer des Krankenhausaufenthaltes.
Es zeigte sich aber, dass Patienten mit postoperativen Komplikationen vielfach eine deutlich verlängerte OP-Zeit aufwiesen und dass das Auftreten von postoperativen Komplikationen zu reduziertem Bewegungsumfang und klinischem Outcome führte.
Allerdings zeigten sich in der Pedobarographie der untersuchten Patienten keine signifikanten Alterationen des Gangbildes.
Das Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob der iFlow-Algorithmus als zusätzlicher Parameter zu Evaluierung des technischen Erfolgs einer Revaskularisation einer Nierenarterienstenose eingesetzt werden kann. Hierfür haben wir die „mean time to peak“ in Sekunden in den farbcodierten Bildern gemessen, um den Effekt einer Stentimplantation auf den Blutfluss zu eruieren. Im Verlauf haben wir dann getestet, ob unsere Ergebnisse den klinischen Verlauf unserer Patienten wiederspiegeln, um feststellen zu können, ob die syngo iFlow-Software den Erfolg der endovaskulären Therapie voraussagen kann.
Hirntumoren werden nach histologischen und molekulargenetischen Gesichtspunkten unterteilt. Neben dem Krankheitsverlauf unterscheiden sich LGA auch genetisch von GBM. Wie die mRNA der Proteine ATF5, KiSS1, RPS27, BRMS1 und TTK in LGA exprimiert ist bzw. sich im Verlauf verändert, war in dieser Form noch nicht in einem Patientenpanel untersucht worden. Ziel dieser Arbeit war es, die mRNA-Expressionsraten zu bestimmen sowie Korrelationen und Kointegrationen mit klinischen Daten zu analysieren. Außerdem wurden Besonderheiten der Verteilung innerhalb des Patientenpanels beschrieben. Quantitative-PCR-Analysen wurden durchgeführt. Die Expressionswerte wurden auf die Expression des Haushaltsgens GAPDH normalisiert. Die resultierenden ∆CTm - bzw. ∆∆CT-Werte sowie die klinischen Patientendaten waren Basis für Kointegrations-, Korrelations-, Expressions-, Ähnlichkeits- und Verlaufsanalysen. KiSS1 schien generell kaum oder nicht in der Vielzahl der Tumoren exprimiert zu sein, Aussagen zur klinischen Korrelation erwiesen sich als schwierig. Für RPS27 konnten tendenziell niedrigere Werte in den Verlaufstumoren im Vergleich zu den LGA gefunden werden. Auch für BRMS1 war in der Mehrzahl der Fälle die mRNA der Vorläufertumoren in Relation zu den Rezidiven stärker exprimiert. ATF5 korrelierte nach Kendall RE und PFS (-0,324; p=0,077) in der Gruppe der IDH1-mutierten LGA, für TTK nach Kendall OS und RE (-0,444; p=0,097) im Gesamtpanel und nach Pearson auch RE und PFS (-0,43; p=0,096) in der Gruppe der IDH1-mutierten LGA.
Pulssynchrone Ohrgeräusche – Befunderhebung bei einer standardisiert untersuchten Patientengruppe
(2021)
Die Arbeit umfasst die Auswertung der klinischen Daten von 108 konsekutiv am Kopf- und Schädelbasis-Zentrum, Klinikum Fulda, zwischen Juli 2013 und September 2015 nachuntersuchten Patienten mit pulssynchronen Ohrgeräuschen. Die Patienten waren gemäß eines einheitlichen, strukturierten und routinemäßigen Diagnose- und Behandlungspfads untersucht worden. Die notwendige Bildgebung umfasste die Computertomographie, die Magnetresonanztomographie sowie die Magnetresonanzangiographie und die Sonographie der Halsgefäße. Eine digitale Subtraktionsangiographie wurde nach strenger Indikationsstellung in ausgewählten Fällen vorgenommen. Ziel war es, zugrundeliegende Ursachen und Diagnosen für das Symptom pulssynchrones Ohrgeräusch festzumachen. Die erhobenen Befunde wurden je nach Plausibilitätsgrad in 4 Gruppen klassifiziert: eindeutig, wahrscheinlich, plausibel, und unklar. Zusätzlich erfolgte die Auswertung der angewandten therapeutischen Behandlungsansätze und ihrer Ergebnisse.
Die häufigsten Ursachen waren ein hochstehender Bulbus der Vena jugularis interna mit 19%, eine Schleife der Arteria cerebelli inferior anterior im inneren Gehörgang mit 15% gefolgt von einer arteriovenösen Fistel mit 10% und Gefäßstenosen mit 9%. Bei ca. 30% unseres Patientenkollektivs konnte keine Quelle für das pulsierende Ohrgeräusch eruiert werden. Bei 29% der Patienten konnte die Ursache als eindeutig klassifiziert werden, bei 25% als plausible Ursache und bei 17% als wahrscheinlich. Bei den insgesamt 14 Patienten, die entweder eine konservative oder eine interventionell/chirurgische Behandlung erhielten, kam es bei 71% zu einer Beseitigung des Ohrgeräusches. 5 von 7 Patienten mit einer a.v. Fistel waren, nach einer erfolgreichen endovaskulären Intervention, postoperativ beschwerdefrei. Eine angioplastische Intervention mittels Stenting führte bei zwei Patienten mit einer ACI Stenose (>70%) zur Beseitigung des Ohrgeräusches. Jeweils ein Patient profitierte von der Behandlung einer Bogengangsdehiszenz, einer intrakraniellen Hypertension sowie einer chirurgischen Sanierung eines Paraganglioms, nach vorgegangener endovaskulärer Embolisation, mit der daraus resultierenden Auslöschung des Ohrgeräusches. Bei den restlichen Patienten persistierte es trotz Behandlung.
Ein pulssynchrones Ohrgeräusch hat viele äußerst unterschiedliche Ursachen. Für eine sachgerechte Evaluation und adäquate Behandlung von Patienten mit pulssynchronem Ohrgeräusch ist eine enge multidisziplinäre Zusammenarbeit unabdingbar. Eine eindeutige Diagnose kann oft nur gestellt werden, wenn alle klinischen sowie alle bildmorphologischen Befunde, die auf einem einheitlichen, routinemäßigen Untersuchungsprotokoll basieren, zusammengetragen und kritisch abgestimmt werden.
Band 71 der Keilschrifttexte aus Boghazköi setzt die Publikation der keilschriftlichen Funde aus der Hethiterhauptstadt Boğazköy-Ḫattuša fort. Lieferungen 1–4 enthalten die Textfunde der Grabungskampagnen 2017 (Nr. 26–36), 2018 (Nr. 39–82), 2019 (Nr. 86–95), 2020 (Nr. 96–101) sowie Nachträge zu früheren Heften (Nr. 1–25, 37–38, 83–85).
Insight into molecular mechanisms of folding and self-association of spider silk protein domains
(2021)
Spider silk is a biomaterial of extraordinary toughness paired with elasticity. The assembly of silk proteins, so-called spidroins (from “spider” and “fibroin”), generates the silk threads we typically see in our garden or the corners of our houses. Although spider webs from different species vary considerably in geometry and size, many sections of spidroin sequences are conserved. Highly conserved regions, found in all spidroins, relate to the terminal domains of the protein, i.e., the N-terminal (NTD) and C-terminal domains (CTD). Both have an essential function in the silk fibre association and polymerisation.
The NTD is a 14 kDa five-helix bundle, which self-associates via a pH-driven mechanism. This process is critical for starting the polymerisation of the fibre. However, detailed insights into how conserved this mechanism is in different species and the quantitative thermodynamic comparison between homologous NTDs was missing. For this reason, four homologous NTDs of the major ampullate gland (MaSp) from spider species Euprosthenops australis, Nephila clavipes, Latrodectus hesperus, and Latrodectus geometricus were investigated. I analysed and quantified equilibrium thermodynamics, kinetics of folding, and self-association. Methods involved dynamic light scattering (MALS), stopped-flow fluorescence and circular dichroism spectroscopy in combination with thermal and chemical denaturation experiments. The results showed conserved, cooperative two-state folding on a sub-millisecond time scale. All homologous NTDs showed a similarly fast association in the order of 10^9 M^−1 s^−1, while the resulting equilibrium dissociation constants were in the low nanomolar range. Electrostatic forces were found to be of great importance for protein association. Monomeric protein stability increased with salt concentration while enhancing its folding speed. However, due to Debye-Hückel effects, we found intermolecular electrostatics to be shielded, which reduced the NTDs association capacity significantly at high ionic strength. Altogether, the energetics and kinetics of the NTD dimerisation was conserved for all analysed homologs.
Comparable to the NTD, the spider silks CTD is also a α-helix bundle, which covalently links two spidroins. The orientation of the domains predetermines the future fibre geometry. Here again, the detailed quantitative characterisation of the folding and dimerisation was missing. Therefore, the CTD from the E. australis was analysed in-depth. The protein folded via a three-state mechanism and was placed in the family of knotted proteins.
By analysing the amino acid composition of the NTD of the MaSp1 of the Euprosthenops australis, we found an unusually high content of methionine residues (Met). To elucidate why this protein exhibits so many Met residues, I mutated all core Mets simultaneously to leucine (Leu). Results revealed a dramatically stabilised NTD, which now folded 50 times faster. After solving the tertiary structure of the mutant by NMR (nuclear magnetic resonance) spectroscopy, the structure of the monomeric mutant was found to be identical with the wild-type protein. However, when probing the dimerisation of the NTD, I could show that the association capacity was substantially impaired for the mutant. Our findings lead to the conclusion that Met provides the NTD with enhanced conformational dynamics and thus mobilises the protein, which results in tightly associated dimers. In additional experiments, I first re-introduced new Met residues into the Met-depleted protein at sequence positions containing native Leu. Hence, the mutated NTD protein was provided with the same number of Leu, which were previously removed by mutation. However, the protein did not regain wild-type characteristics. The functionality was not restored, but its stability was decreased as expected. To probe our hypothesis gained from the MaSp NTD, I transferred the experiment to another protein, namely the Hsp90 chaperone. Therefore, I incorporated methionine residues in the protein, which resulted in a slight improvement of its function.
Finally, trial experiments were performed aiming at the synthesis of shortened spidroin constructs containing less repetitive middle-segments than the wild-type protein. The objective was to study the findings of the terminal domains in the context of an intact spidroin. The synthesis of these engineered spidroins was challenging. Nevertheless, preliminary results encourage the assumption that the characteristics observed in the isolated domains hold true in the context of a full-length spidroin.
Computer games are highly immersive, engaging, and motivating learning environments. By providing a tutorial at the start of a new game, players learn the basics of the game's underlying principles as well as practice how to successfully play the game. During the actual gameplay, players repetitively apply this knowledge, thus improving it due to repetition. Computer games also challenge players with a constant stream of new challenges which increase in difficulty over time. As a result, computer games even require players to transfer their knowledge to master these new challenges. A computer game consists of several game mechanics. Game mechanics are the rules of a computer game and encode the game's underlying principles. They create the virtual environments, generate a game's challenges and allow players to interact with the game. Game mechanics also can encode real world knowledge. This knowledge may be acquired by players via gameplay. However, the actual process of knowledge encoding and knowledge learning using game mechanics has not been thoroughly defined, yet. This thesis therefore proposes a theoretical model to define the knowledge learning using game mechanics: the Gamified Knowledge Encoding. The model is applied to design a serious game for affine transformations, i.e., GEtiT, and to predict the learning outcome of playing a computer game that encodes orbital mechanics in its game mechanics, i.e., Kerbal Space Program. To assess the effects of different visualization technologies on the overall learning outcome, GEtiT visualizes the gameplay in desktop-3D and immersive virtual reality. The model's applicability for effective game design as well as GEtiT's overall design are evaluated in a usability study. The learning outcome of playing GEtiT and Kerbal Space Program is assessed in four additional user studies. The studies' results validate the use of the Gamified Knowledge Encoding for the purpose of developing effective serious games and to predict the learning outcome of existing serious games. GEtiT and Kerbal Space Program yield a similar training effect but a higher motivation to tackle the assignments in comparison to a traditional learning method. In conclusion, this thesis expands the understanding of using game mechanics for an effective learning of knowledge. The presented results are of high importance for researches, educators, and developers as they also provide guidelines for the development of effective serious games.
The Chimpanzees of the Comoé National Park, Ivory Coast. Status, distribution, ecology and behavior
(2021)
Although wild chimpanzees (Pan troglodytes) have been studied intensely for more than 50 years, there are still many aspects of their ecology and behavior that are not well understood. Every time that a new population of chimpanzees has been studied, new behaviors and unknown aspects of their ecology have been discovered. All this accumulated knowledge is helping us to piece together a model of how could last human and chimpanzee common ancestors have lived and behaved between seven and five million years ago. Comoé chimpanzees had never been studied in depth, until we started our research in October 2014, only a few censuses had been realized. The last surveys prior our work, stated that the population was so decimated that was probably functionally extinct. When we started this research, we had to begin with a new intensive survey, using new methods, to ascertain the real status and distribution of the chimpanzees living in Comoé National Park (CNP). During the last five years, we have realized a deep study aiming to know more about their ecology and behavior. We combined transects and reconnaissance marches (recces) with the use of camera traps, for the first time in CNP, obtaining a wealth of data that is not fully comprised in this dissertation. With this research, we determined that there is a sustainable continuous population of Western chimpanzees (Pan troglodytes verus) in CNP and the adjacent area of Mont Tingui, to the West, with a minimum of 127 weaned chimpanzees living in our main 900 km2 study area, SW of CNP. We found that this population is formed by a minimum of eight different chimpanzee communities, of which we studied seven, four of them more in detail. These chimpanzees spent much more time in the forest than in the savanna habitats.
We also found that Comoé chimpanzees consumed at least 58 different food items in their dit, which they obtained both from forest and savanna habitats. Another finding was that insectivory had an important role in their diet, with at least four species of ants, three of termites and some beetle larvae. These chimpanzees also hunted at least three species of monkeys and maybe rodents and duikers and occasionally consumed the big land snails of genus Achatina. We found that, during the fruit scarcity period in the late rainy season, they intensely consumed the cambium of Ceiba pentandra, as fallback food, much more than the bark or cambium of any other tree species. Another interesting finding was that all the chimpanzees in the studied area realized this particular bark-peeling behavior and had been repeatedly peeling the trees of this species for years. This did not increase tree mortality and the damage caused to the trees was healed in two years, not reducing the growth, thus being a sustainable use of the trees. We found that Comoé chimpanzees produced and used a great variety of tools, mainly from wooden materials, but also from stone and herbaceous vegetation.
Their tool repertory included stick tools to dip for Dorylus burmeisteri ants, to fish for Camponotus and Crematogaster ants, to dip for honey, mainly from Meliponini stingless bees, but sometimes from honey bees (Apis mellifera). It also included the use of stick tools to fish termites of Macrotermes subhyalinus and Odontotermes majus (TFTs), to dip for water from tree holes and investigatory probes for multiple purposes. Additionally, these chimpanzees used leaf-sponges to drink from tree holes and to collect clayish water from salt-licks. They also used stones to hit the buttresses of trees during displays, the so called accumulative stone throwing behavior and probably used stones as hammers, to crack open hard-shelled Strichnos spinosa and Afraegle paniculata fruits and Achatina snails. The chimpanzees also used objects that are not generally accepted as animal tools, for being attached to the substrate, with different purposes: they drummed buttresses of trees with hands and/or feet to produce sound during male displays and they pounded open hard-shelled fruits, Achatina snails and Cubitermes termite mounds on stone or root anvils. We finally measured the stick tools and found significant differences between them suggesting that they were specialized tools made specifically for every purpose. We studied more in detail the differences between apparently similar tools, the honey dipping tools and the water dipping tools, often with brushes made at their tips to collect the fluids. These last tools were exclusive from Comoé and have not been described at any other site. We found that total length, diameter and brush length were significantly different, suggesting that they were specialized tools. We concluded that Comoé chimpanzees had a particular culture, different from those of other populations of Western chimpanzees across Africa. Efficient protection, further research and permanent presence of research teams are required to avoid that this unique population and its culture disappears by the poaching pressure and maybe by the collateral effects of climate change.
Introduction: Speckle-tracking echocardiography has recently emerged as a quantitative ultrasound technique for accurately evaluating myocardial function by analyzing the motion of speckles identified. Speckle-tracking obtained under stress may offer an opportunity to improve the detection of dynamic regional abnormalities and myocardial viability.
Objective: To evaluate stress speckle tracking as tool to detect myocardial viability in comparison to cardiac MRI in post-STEMI patients.
Methods: 49 patients were prospectively enrolled in our 18-month’s study. Dobutamin stress echocardiography was performed 4 days post-infarction accompanied with automated functional imaging (Speckle tracking) analysis of left ventricle during rest and then during low dose stress. All patients underwent a follow up stress echocardiography at 6 weeks with speckle tracking analysis. Cardiac MRI took place concomitantly at 4 days post-infarction and 6 weeks. We carried out an assessment of re-admission with acute coronary syndrome (ACS) after one year of enrollment.
Results: Investigating strain rate obtained with stress speckle tracking after revascularization predicted the extent of myocardial scar, determined by contrast-enhanced magnetic resonance imaging. A good correlation was found between the global strain and total infarct size (R 0.75, p< 0.001). Furthermore, a clear inverse relationship was found between the segmental strain and the transmural extent of infarction in each segment. (R -0.69, p<0.01). Meanwhile it provided 81.82% sensitivity and 82.6% specificity to detect transmural from non-transmural infarction at a cut-off value of -10.15. Global stress strain rate showed 80% sensitivity and 77.5% specificity at a cut-off value of -9.1 to predict hospital re-admission with ACS. A cut-off value of -8.4 had shown a 69.23% sensitivity and 73.5% specificity to predict the re-admission related to other cardiac symptoms.
Conclusion: Strain rate obtained from speckle tracking during stress is a novel method of detecting myocardial viability after STEMI .Moreover it carries a promising role in post-myocardial infarction risk stratification with a reasonable prediction of reversible cardiac-related hospital re-admission.
The resolution of fluorescence light microscopy was long believed to be limited by the diffraction limit of light of around 200-250 nm described in 1873 by Ernst Abbe. Within the last decade, several approaches, such as structured illumination microscopy (SIM), stimulated emission depletion STED and (direct) stochastic optical reconstruction microscopy (d)STORM have been established to bypass the diffraction limit. However, such super-resolution techniques enabling a resolution <100 nm require specialized and expensive setups as well as expert knowledge in order to avoid artifacts. They are therefore limited to specialized laboratories. Recently, Boyden and colleagues introduced an alternate approach, termed expansion microscopy (ExM). The latter offers the possibility to perform superresolution microscopy on conventional confocal microscopes by embedding the sample into a swellable hydrogel that is isotropically expanded. Since its introduction in 2015, expansion microscopy has developed rapidly offering protocols for 4x, 10x and 20x expansion of proteins and RNA in cells, tissues and human clinical specimens.
Mitochondria are double membrane-bound organelles and crucial to the cell by performing numerous tasks, from ATP production through oxidative phosphorylation, production of many important metabolites, cell signaling to the regulation of apoptosis. The inner mitochondrial membrane is strongly folded forming so-called cristae. Besides being the location of the oxidative phosphorylation and therefore energy conversion and ATP production, cristae have been of great interest because changes in morphology have been linked to a plethora of diseases from cancer, diabetes, neurodegenerative diseases, to aging and infection. However, cristae imaging remains challenging as the distance between two individual cristae is often below 100 nm. Within this work, we demonstrate that the mitochondrial creatine kinase MtCK linked to fluorescent protein GFP (MtCK-GFP) can be used as a cristae marker. Upon fourfold expansion, we illustrate that our novel marker enables visualization of cristae morphology and localization of mitochondrial proteins relative to cristae without the need for specialized setups. Furthermore, we show the applicability of expansion microscopy for several bacterial pathogens, such as Chlamydia trachomatis, Simkania negevensis, Neisseria gonorrhoeae and Staphylococcus aureus. Due to differences in bacterial cell walls, we reveal important aspects for the digestion of pathogens for isotropic expansion. We further show that expansion of the intracellular pathogens C. trachomatis and S. negevensis, enables the differentiation between the two distinct developmental forms, catabolic active reticulate bodies (RB) and infectious elementary bodies (EB), on a conventional confocal microscope. We demonstrate the possibility to precisely locate chlamydial effector proteins, such as CPAF or Cdu1, within and outside the chlamydial inclusion. Moreover, we show that expansion microscopy enables the investigation of bacteria, herein S. aureus, within LAMP1 and LC3-II vesicles. With the introduction of the unnatural α-NH2-ω-N3-C6-ceramide, we further present the first approach for the expansion of lipids that may also be suitable for far inaccessible molecule classes like carbohydrates. The efficient accumulation and high labeling density of our functionalized α-NH2-ω-N3-C6-ceramide in both cells and bacteria enables in combination with tenfold expansion nanoscale resolution (10-20 nm) of the interaction of proteins with the plasma membrane, membrane of organelles and bacteria. Ceramide is the central molecule of the sphingolipid metabolism, an important constituent of cellular membranes and regulates many important cellular processes such as differentiation, proliferation and apoptosis. Many studies report about the importance of sphingolipids during infection of various pathogens. While the transport of ceramide to Chlamydia has been reported earlier, one of the unanswered questions remaining was if ceramide forms parts of the outer or inner bacterial membrane. Expansion of α-NH2-ω-N3-C6-ceramide enabled the visualization of ceramide in the inner and outer membrane of C. trachomatis and their distance was determined to be 27.6 ± 7.7 nm.
In einer Vielzahl von epidemiologischen Studien zeigten Patienten, die an einem idiopathischen Parkinson-Syndrom (IPS) erkrankt waren, erniedrigte Vitamin D-Serumspiegel (25-(OH)-Vit D). Die Rolle von Vitamin D im Knochenstoffwechsel ist weitgehend bekannt, allerdings konnten Assoziationen zwischen Vitamin D und chronischen Erkrankungen, die das Nervensystem sowie das kardiovaskuläre und immunologische System betreffen, nachgewiesen werden. In Tiermodellen konnten anti-oxidative Effekte von Vitamin D im Nervensystem gezeigt werden. In den letzten Jahren häuften sich allerdings Studien, die gegen einen direkten Zusammenhang zwischen IPS und Vitamin D sprechen. Demnach stellt sich die Frage, ob dem gehäuften Auftreten eines Vitamin D-Mangels bei IPS-Patienten eine krankheitsspezifische Ursache zugrunde liegt oder ob diese lediglich ein unspezifisches krankheitsbegleitendes Phänomen darstellt.
In der vorliegenden Arbeit wurden in einer retrospektiven Analyse Parkinson-Patienten aus der neurogerontopsychiatrischen Tagesklinik sowie der neurogeriatrischen Frührehastation der Neurologischen Klinik der Universitätsklinik Würzburg hinsichtlich ihres 25-(OH)-Vit D-Serumspiegel mit zwei Kontrollgruppen bestehend aus Patienten mit psychiatrischer bzw. anderweitig neurologischer Erkrankung, die keiner Parkinson-Erkrankung entsprach, verglichen. Im Anschluss wurde auf mögliche Konfounder sowie der Zusammenhang zwischen IPS-Risiko bzw. Krankheitsschwere und 25-(OH)-Vit D-Serumspiegel untersucht.
Der mittlere 25-(OH)-Vit D-Serumspiegel der Neurologie-Gruppe war im Vergleich zur Psychiatrie-Gruppe signifikant niedriger. Der Unterschied zwischen IPS-Gruppe und Psychiatrie- bzw. Neurologie-Gruppe war nicht signifikant. Bei Hinzunahme von weiteren rekrutierten Parametern (Body-Mass-Index, Frailty, Sturzanamnese, Gehhilfe, CHA2DS2-VASc-Score, C-reaktives Protein, Hämoglobin) konnte kein signifikanter Unterschied zwischen der Neurologie- und Psychiatrie-Gruppe mehr gefunden werden.
Das Risiko sowie die Krankheitsschwere einer Parkinson-Erkrankung, gemessen am Hoehn-Yahr-Stadium und den erreichten Werten im MDS UPDRS III, korrelierten mit dem Vitamin D-Serumspiegel. Allerdings war auch hier nach Hinzunahme von Kovariaten wie Alter, Geschlecht und Krankheitsdauer der Effekt nicht mehr signifikant.
Die Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass die vorgefundenen niedrigen 25-(OH)-Vit D-Serumspiegel bei Parkinson-Patienten ein krankheitsbegleitendes Phänomen ist, das womöglich durch die eingeschränkten motorischen Fähigkeiten mit resultierend niedriger Sonnenexposition bedingt ist und durch zunehmende Kranheitsdauer und damit Krankheitsschwere verstärkt wird. Da es sich jedoch beim IPS um eine Krankheit handelt, die zum Einen mit motorischen Einschränkungen und resultierend erhöhtem Sturzrisiko einhergeht und zum Anderen vorwiegend Menschen höheren Alters betrifft, besteht ein erhöhtes Osteoporose- und sturzbedingtes Frakturrisiko, sodass ein Monitoring des Vitamin D-Serumspiegels sowie eine gegebenenfalls notwendige Vitamin D-Supplementierung weiterhin eine Rolle in der Behandlung von Parkinson-Patienten spielen.
Trotz hoher Erfolgsrate und niedriger Komplikationsrate der arteriographischen Embolisation bei der Nasenblutung kommt diese Behandlungsmethode in vielen Institutionen nicht als Standard-Maßnahme im klinischen Kontext zum Einsatz und wird nur als alternativ im Falle eines Scheiterns der chirurgischen arteriellen Clippung in der Blutstillung eingesetzt.
In der vorliegenden retrospektiven Arbeit wurden am Kopf- und Schädelbasiszentrum des Klinikums Fulda die Effizienz und die Sicherheit der perkutanen Embolisation der A. sphenopalatina mit Polyvinylalkohol-Partikeln (150-250 µm) in der Behandlung, der mit konservativen Maßnahmen refraktären Epistaxis untersucht.
Methode: Retrospektive Analyse von 99 Patienten, die von Januar 2001 bis Dezember 2018 bei refraktärer, idiopathisch klassifizierter Epistaxis durch eine arteriographische endovaskuläre Embolisation behandelt wurden.
Ergebnisse: Es wurden innerhalb des Berichtszeitraums insgesamt 100 Embolisationen bei Epistaxis durchgeführt. Nach Ausschluss von 2 Prozeduren mit bekannten Blutungsursachen wurden 98 Embolisationen bei 95 Patienten mit idiopathischer Epistaxis ausgewertet. Trotz technisch erfolgreicher Intervention in 95% der Fälle, war die Blutung in 81,6% der Fälle zu stillen. Leichte Komplikationen traten in 5% der Fälle auf. Schwere Komplikationen dagegen wurden in keinem einzigen Fall erfasst.
Schlussfolgerung: Das Ergebnis dieser Untersuchung bestätigt die Rolle der angiografischen Embolisation der A. sphenopalatina sowohl als einer erfolgreichen, als auch als einer sicheren Methode in der Behandlung der konservativ refraktären Epistaxis.
Aufgrund der geringen Invasivität, hohen Erfolgsrate und niedrigen Komplikationsrate sollte die transkutane Embolisation als Standard-Therapie nach dem Scheitern der konservativen Maßnahmen zur Blutstillung einer Epistaxis zum Einsatz kommen. Die chirurgische Blutstillung durch die arterielle Clippung sollte nur im Falle eines Misserfolgs der Embolisation als Verfahren der zweiten Wahl bei der Blutstillung eingesetzt werden.
Osteoporose wird definiert als erworbene, generalisierte Skeletterkrankung, die durch eine verminderte Knochenfestigkeit und einen pathologischen Knochenverlust charakterisiert wird. Durch die Störung der Mikroarchitektur kommt es zu strukturellen und funktionellen Defiziten im Sinne von Fragilitätsfrakturen. Mechanische Stimulation erhält die Gewebemasse und stimuliert deren kontinuierliche Anpassung. Östrogene spielen bei der Entwicklung, dem Wachstum und der Regeneration des Knochens eine bedeutende Rolle und wirken über Bindung an die Östrogenrezeptoren ER und ER in bestimmten Zielgeweben. Östrogenrezeptoren sind unverändert sehr geeignete Targets für die Entwicklung von Medikamenten im Rahmen der Osteoporosetherapie wie z.B. die selektiven Östrogen-Rezeptor-Modulatoren (SERMs). Die molekulare Klärung der Einflüsse von ER und ER ist unverändert von großer klinischer Bedeutung. Die Herstellung stabiler Zelllinien mit Überexpression von Reportergenkonstrukten und Rezeptoren kann dabei hilfreich sein. In dieser Arbeit wurde eine stabile Zelllinie mit Überexpression von ERβ etabliert, die unterschiedliche Wirkung von ER und ER wurden analysiert und die Effekte von zyklischer Dehnung auf Reportergenexpression unter der Kontrolle von mechanosensitiven responsiven Elementen wurden charakterisiert.
Neuropathische Schmerzen treten in der klinischen Praxis häufig auf und
beeinträchtigen in hohem Maße die Lebensqualität der Patienten. Bedingt durch eine
Schädigung somatosensorischer Nervenstrukturen im peripheren oder zentralen
Nervensystem ist der Schmerz meist durch eine Allodynie, Hyperalgesie oder
einschießende Schmerzen charakterisiert. Diese Symptome lassen sich durch
gängige Schmerzmittel kaum lindern. In jüngerer Zeit rückte die Blut-Rückenmarkschranke immer mehr in den Fokus verschiedener Untersuchungen, da auch
einige nicht-schmerzhafte Erkrankungen (z.B. Multiple Sklerose und Amyotrophe
Lateralsklerose) zur Veränderung dieser Barriere mit folgender Permeabilitätserhöhung
durch reduzierte Tight Junction-Protein-Expression führen. Die Blut-
Rückenmarkschranke dichtet Gefäße des Rückenmarks ab und verhindert das
Eindringen toxischer oder proanalgetischer Mediatoren in das zentrale Nervensystem.
Dafür ist die Funktion der Tight Junction-Proteine zur Aufrechterhaltung dieser Barriere
essentiell. Dennoch konnte die Rolle der Blut-Rückenmarkschranke bei Neuropathie
noch nicht vollständig erörtert werden. Die Untersuchungen meiner Arbeitsgruppe
konnten bereits zeigen, dass eine lockere Ligatur des N. ischiadicus bei Ratten (CCI;
chronic constriction injury) zur Entwicklung einer thermischen und mechanischen
Hyperalgesie sowie eingeschränkten motorischen Funktionen führt. Zudem konnte
eine Störung der Blut-Rückenmarkschranke nach einer CCI nachgewiesen werden, da
es Tracern unterschiedlicher molekularer Größe möglich war das Rückenmark zu
penetrieren. Daher sollte im Rahmen dieser Dissertation untersucht werden, inwieweit
es zu einer Veränderung unterschiedlicher Tight Junction-Proteine nach peripherer
Nervenverletzung (CCI) kommt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass eine CCI zu einer
Herabregulation der mRNA-Expression von Claudin-1, Claudin-19, Tricellulin und
Occludin im Rückenmark führt, wobei diese Veränderungen insbesondere 7 und 14 d
nach der CCI auftraten. Die membranäre Expression dieser Proteine im Rückenmark
blieb bis auf Occludin unverändert, das 7 d nach der CCI signifikant reduziert war. Am
deutlichsten waren jedoch Claudin-5 und ZO-1 verändert. Folglich vermindert eine CCI
signifikant die Claudin-5-mRNA sowie die Immunreaktivität in isolierten Kapillaren des
Rückenmarks. Das Ankerprotein ZO-1 war sogar auf allen Ebenen, also in der Genals
auch Proteinexpression, und darüber hinaus in den Rückenmarkskapillaren
signifikant reduziert.
Die Interpretation dieser Ergebnisse legt nahe, dass ZO-1, und zum Teil auch
Claudin-5, für die gestörte Blut-Rückenmarkschranke verantwortlich sind und die
anderen untersuchten Proteine vermutlich nur eine untergeordnete Rolle spielen. Die
Bedeutung der Tight Junction-Proteine in der Blut-Rückenmarkschranke konnte somit
weiter untermauert werden. In zukünftigen Untersuchungen wäre es wichtig den
Signalweg, der zur Veränderung der Tight Junction-Proteine führt sowie die
subzelluläre Lokalisation zu untersuchen, um Möglichkeiten zum Wiederverschluss
der Barriere zu finden. Somit könnten Therapien zur Aufrechterhaltung der Blut-
Rückenmarkhomöostase den neuropathischen Schmerz unter Umständen kausal, und
nicht nur symptomatisch, behandelbar machen.
Bisher gibt es nur wenige Forschungsarbeiten, die sich mit der videogestützten Analyse von Basketballverletzungen beschäftigen. In der vorliegenden Arbeit wurden Basketballverletzungen der ersten Basketballbundesliga und der zweiten Basketballbundesliga systematisch per Video analysiert, mit dem Ziel, Verletzungsmuster zu beschreiben und somit gegebenenfalls die Rate von Basketballverletzungen durch geeignete Präventionsansätze zu reduzieren. Hierbei wurden Daten hinsichtlich der Rahmenbedingungen, des Orts der Verletzung, der Spielsituation, der Auslöser und der Umstände der Verletzung an sich zu 215 Verletzungen mit Hilfe eines speziell für die videogestützte Analyse von Basketballverletzungen entwickelten Beobachtungsbogens erhoben.
Es zeigte sich in 38% der erhobenen Fälle das Bewegungsmuster Landung zum Verletzungszeitpunkt, was somit das häufigste zu Verletzungen führende Bewegungsmuster war. Oft waren gerade die die athletische Spielweise des Basketballs charakterisierenden Spielaktionen (z. B. Korbleger bzw. Dunking und Shotblock) Auslöser von Verletzungen. Zudem ereigneten sich die Verletzungen im zweiten Viertel 2,1-fach häufiger und im vierten Viertel 1,9-fach häufiger im Vergleich zu den anderen beiden Vierteln. Ein weiteres wichtiges Resultat war, dass die Verletzungen in der Mehrzahl der Fälle (80%) nicht auf ein Foulspiel zurückzuführen waren.
Insgesamt ergibt sich aus den Erkenntnissen die Empfehlung der Implementierung von neuromuskulären Präventionsprogrammen, welche die besonderen Verletzungsmechanismen des Basketballs miteinbeziehen. Bisherige Präventionsprogramme können aufgrund dieser Datenlage bezüglich der Bewegungsmuster, der Spielposition, des Verletzungszeitpunkts und des Kontaktmechanismus sowie der individuellen Voraussetzungen des jeweiligen Spielers verwendet werden. Die Umsetzung sollte von Trainern/-innen mitgetragen und überprüft werden.
Foulregeländerungen müssen gemäß der vorliegenden Untersuchung – in Hinblick auf die Verletzungsprävention nicht durchgeführt werden. Bezüglich der Resultate hinsichtlich des Verletzungszeitpunkts könnte nach Detektion der genauen Ursachen für eine gehäufte Anzahl an Verletzungen in bestimmten Spielabschnitten durch weitere Studien eine Regeländerung mit Verlängerung der Viertelpausen erwogen werden.
Infektionen des Schultergelenks gehen mit hoher Mortalität und Morbidität einher. Ihre Diagnostik und Therapie stellen häufig eine Herausforderung dar. Zudem ist - im Gegensatz zu Infektionen von Hüfte und Knie - die schulterspezifische Datenlage spärlich, es mangelt an evidenzbasierten Diagnose- und Therapiealgorithmen.
Diese Arbeit evaluiert unter anderem 1) den Erfolg der mehrzeitigen Implantation reverser Schulterendoprothesen zur Therapie von Infektionen des Glenohumeralelenks, 2) das schulterspezifische Keimspektrum, 3) den Stellenwert einer präoperativen Gelenkpunktion und 3) den Stellenwert einer Gelenkspunktion bei einliegendem Spacer.
Es handelt sich um eine retrospektive Studie mit prospektiver Datenerfassung an insgesamt 41 Patienten, welche zwischen 2007-2015 in der Orthopädischen Klinik König-Ludwig-Haus (Würzburg) die mehrzeitige Implantation einer Schulterendoprothese mit zwischenzeitlicher Implantation eines PMMA-Spacers auf Grund einer Infektion des Glenohumeralgelenks erhalten haben.
Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, dass Infektionen des Glenohumeralgelenks gehäuft multimorbide, voroperierte Patienten betreffen. Die Haupterreger waren Cutibakterien und koagulasenegative Staphylokokken, insbesondere S. epidermidis. Diese Erreger sollten bei einer kalkulierten Antibiotikatherapie immer berücksichtigt werden.
Mikrobiologische Kulturen der präoperative Gelenkpunktion zeigten eine mäßige Sensitivität (58%) bei guter Spezifität (89%). Die Punktion kann somit keinen sicheren Infektionsausschluss bieten, ermöglicht im Falle eines Keimnachweises jedoch die gezielte antibiotische Therapie sowie die Anpassung der Antibiotika im Spacer und hat somit einen berechtigten Stellenwert in der Infektionsdiagnostik. Die Punktion bei einliegendem Spacer zeigte eine Sensitivität von 0%, ihre routinemäßige Durchführung sollte daher sehr kritisch hinterfragt werden.
Für die Therapie mit mehrzeitiger Implantation einer reversen Schulterendoprothese zeigte sich eine Infektionseradikationsrate von 87% und ein kumulatives infektionsfreies Überleben von 91% nach 128 Monaten. Die Funktionalität der Schulter blieb hinter der Funktion der Gegenseite zurück, war jedoch ausreichend um die eigenständige Versorgung und die Durchführung von Alltagsaktivitäten zu ermöglichen. Die große Mehrzahl der Patienten hatte keine/minimale Schmerzen.
Zielsetzung: Das Thoraxtrauma beinhaltet Verletzungen des knöchernen Brustkorbs sowie der intrathorakalen Organe. Das operative Vorgehen erfolgt im Vergleich zur konservativen Therapie deutlich seltener, oftmals im Rahmen schwerer intrathorakaler Verletzungen sowie anhaltender respiratorischen Insuffizienz oder einer fortgeschrittenen Thoraxdeformität. Es besteht bis zum heutigen Zeitpunkt keine Einigkeit darüber, welches Patientengut genau von einer operativen Versorgung profitiert.
Methode: Es wurde eine retrospektive monozentrische Kohortenanalyse von Traumapatienten durchgeführt. Einschlusskriterium in diese Analyse war der ct-morphologisch gesicherte Nachweis einer ein- oder beidseitigen Rippenserienfraktur. Es wurden 243 Patienten eingeschlossen, welche konservativ behandelt wurden sowie 34 Patienten mit chirurgischer Rippenstabilisierung mittels Plattenosteosynthese. Es wurden demographische Daten, Verletzungsmuster, Injury Severity Score (ISS), Glasgow Coma Scale (GCS), der stationäre Verlauf sowie das Auftreten von pulmonalen Komplikationen analysiert. Um einen Selection bias in beiden Gruppen zu minimieren wurden 2 Matched-Pair Analysen durchgeführt, stratifiziert nach dem ISS (32 Paare) und dem GCS (25 Paare).
Ergebnisse: Der größte Anteil der konservativen und chirurgischen Patientenkohorte war männlich (74 vs. 76%, p= 0,727) mit einem ähnlichen Durchschnittsalter (55 ± 20 vs. 59 ± 13 Jahren, p= 0,279) und ISS (20 ± 8 vs. 21 ± 9, p= 0,211). Die chirurgische Kohorte zeigte im direkten Vergleich eine durchschnittlich höhere Rate an Rippen - und Claviculafrakturen sowie Zwerchfellrupturen. Die konservative Therapie ergab einen statistischen Vorteil in Bezug auf Gesamtverweildauer (15 ± 11 vs. 23 ± 15 Tagen, p<0,001) und Pneumonierate (4% vs. 12%, p= 0,017). Die Patientenkohorte, welche chirurgisch therapiert wurde, zeigte jedoch einen statistisch signifikant niedrigeren GCS-Wert (12 ± 4 vs. 8 ± 5, p<0,001) im Sinne einer schweren cerebralen Verletzung. Die Matched-Pair Analyse stratifiziert nach dem GCS zeigte gleiche Pneumonieraten, aber einen kürzeren Aufenthalt auf der Intensivstation (9 vs. 15 Tagen, p=0,005) mit kürzerer Beatmungsdauer (305 ± 195 Stunden vs. 143 ± 161 Stunden, p=0,003) sowie niedrigerer Tracheotomie- (64 vs. 24%, p=0,010) und Mortalitätsrate (4 vs. 12%).
Schlussfolgerung: Patienten mit schweren Rippenserienfrakturen und gleichzeitiger cerebraler Schädigung profitieren von einer chirurgischen Stabilisierung durch eine kürzere Beatmungsdauer und Intensivaufenthalt.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es das neu eingeführte Kommunikationstraining für Zahnmedizinstudierende an der Universität Würzburg mittels einer prospektiven Fragebogenstudie zu evaluieren. Die kommunikative Selbstwirksamkeit der Studien-teilnehmer stieg vom Ausgangswert zu direkt nach dem Training signifikant an und nahm nach 6 Monaten wieder geringfügig ab. Die Effektivität des Trainings wurde direkt nach diesem besser beurteilt als nach erfolgten Patientenkontakten. Die Ergebnisse der Studie lassen folgenden Schluss zu: Um einen nachhaltigen Effekt des Kommunikationstrainings zu ermöglichen, wären longitudinale Lehr¬-veranstaltungen zur Unterstützung der kommunikativen Fähigkeiten der Studierenden notwendig.
Die Vorsprachliche Diagnostik beschäftigt sich mit der Aufzeichnung, Auswertung und therapiebegleitenden Verwendung akustischer Lautäußerungen von Säuglingen und Kleinkindern, insbesondere für jene mit einem erhöhten Risiko für eine Sprech- und/oder Sprachentwicklungsstörung.
Zielsetzung dieser Arbeit war die semi-automatische, computergestützte Analyse von Säuglingslauten im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit einer Forschungsgruppe der Universität Iowa. Dafür wurden neurobiologische Untersuchungen durchgeführt und aufgezeichnete akustische Lautäußerungen von Kindern mit und ohne Lippen- Kiefer- Gaumen- Segelspalten untersucht.
Für die Analyse der aufgezeichneten Lautäußerungen wurden im Rahmen dieser Arbeit für die Phonetiksoftware PRAAT Skripte (Programmroutinen) entwickelt, getestet und am Zentrum für Vorsprachliche Entwicklung und Entwicklungsstörungen (ZVES) implementiert. Diese sollen einen Beitrag zur Automatisierung der Vorsprachlichen Diagnostik leisten.
Eine ausführliche Dokumentation der erstellten Skripte sollte zukünftigen Anwendern das Verständnis und die Anwendung der Skripte erleichtern. Die Funktion der Skripte wurde an geeigneten Testsignalen aus dem Archiv des ZVES überprüft und mit bisher gebräuchlichen manuellen Analyseroutinen am selben Datensatz verglichen. Schließlich wurden die erstellen Skripte erfolgreich auf die Projektdaten angewendet sowie die Ergebnisse im Journal „Pediatric Research“ veröffentlicht.
Die Ergebnisse stellen erstmals einen potenziellen Zusammenhang zwischen dem Segmentierungsverhalten und der Hirnreifung von Säuglingen mit LKGS-Spalten her, die in Nachfolgestudien mit größerer Probandenzahl überprüft werden müssen.
Das Biguanid Metformin besitzt in Prostatakarzinomzellen eine proliferationsinhibierende Wirkung unter anderem über die Aktivierung von p53, die eine Überexpression von microRNA-205 über einen direkten Induktionsmechanismus bewirkt. Somit konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit microRNA-205 als Effektor der proliferationsinhibierenden Wirkung von Metformin im Prostatakarzinom identifiziert werden.
Die vorliegende retrospektive Untersuchung fasst Ergebnisse bei 69 Säuglingen zusammen, die in den Jahren 2010 bis 2014 aufgrund infantiler Hämangiome mit eingetretenen oder drohenden Komplikationen am Universitätsklinikum Würzburg mit dem Betablocker Propranolol oral behandelt wurden. Ergänzend wurden von 45 der 69 Elternpaare nach Therapieende Fragebögen zur subjektiven Einschätzung der Behandlung ihrer Kinder ausgefüllt. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen in Zusammenschau mit zahlreichen Publikationen zu diesem Thema, dass Propranolol bei proliferierenden Säuglingshämangiomen eine sichere und hocheffektive Therapie bei gleichzeitig überschaubaren und nur in Einzelfällen gravierenden Nebenwirkungen hat.
Fabry disease (FD) is an X-linked lysosomal storage disorder caused by deficiency of the α-galactosidase A (GLA), leading to intracellular accumulations of globotriaosylceramide (Gb3). Acral burning pain, which can be triggered by heat, fever or physical activity is an early hallmark of FD and greatly reduces patients’ quality of life. The pathophysiology of FD pain is unknown and research is hindered by the limited in vivo availability of suitable human biomaterial. To overcome this obstacle, we generated induced pluripotent stem cells (iPSC) from one female and two male patients with a differing pain phenotype, and developed a refined differentiation protocol for sensory neurons to increase reliability and survival of these neurons, serving as an in vitro disease model. Neurons were characterized for the correct neuronal subtype using immunocytochemistry, gene expression analysis, and for their functionality using electrophysiological measurements.
iPSC and sensory neurons from the male patients showed Gb3 accumulations mimicking the disease phenotype, whereas no Gb3 depositions were detected in sensory neurons derived from the female cell line, likely caused by a skewed X-chromosomal inactivation in favor of healthy GLA. Using super-resolution imaging techniques we showed that Gb3 is localized in neuronal lysosomes of male patients and in a first experiment using dSTORM microscopy we were able to visualize the neuronal membrane in great detail. To test our disease model, we treated the neurons with enzyme replacement therapy (ERT) and analyzed its effect on the cellular Gb3 load, which was reduced in the male FD-lines, compared to non-treated cells. We also identified time-dependent differences of Gb3 accumulations, of which some seemed to be resistant to ERT. We also used confocal Ca2+ imaging to investigate spontaneous neuronal network activity, but analysis of the dataset proofed to be difficult, nonetheless showing a high potential for further investigations. We revealed that neurons from a patient with pain pain are more easily excitable, compared to cells from a patient without pain and a healthy control.
We provide evidence for the potential of patient-specific iPSC to generate a neuronal in vitro disease model, showing the typical molecular FD phenotype, responding to treatment, and pointing towards underlying electrophysiological mechanisms causing different pain phenotypes. Our sensory neurons are suitable for state-of-the-art microscopy techniques, opening new possibilities for an in-depth analysis of cellular changes, caused by pathological Gb3 accumulations. Taken together, our system can easily be used to investigate the effect of the different mutations of GLA on a functional and a molecular level in affected neurons.
The role of lipid transfer proteins (LTPs) during the fertilization process in Arabidopsis thaliana
(2021)
Double fertilization is a defining characteristic of flowering plants (angiosperms). As the sperm cells of higher plants are non-motile, they need to be transported to the female gametophyte via the growing pollen tube. The pollen-tube journey through the female tissues represents a highly complex process. To provide for successful reproduction it demands intricate communication between the cells of the two haploid gametophytes - the polar growing pollen tube (carrying the two non-motile sperm cells) and the ovule (hosting the egg cell/synergid cells). The polar growth of the pollen tube towards the female gamete is guided by different signaling molecules, including sugars, amino acids and peptides. Some of these belong to the family of lipid transfer proteins (LTPs), which are secreted cysteine-rich peptides. Depending on the plant species several lines of evidence have also suggested potential roles for LTPs during pollen germination or pollen-tube guidance. Although Arabidopsis thaliana has 49 annotated genes for LTPs, several of which are involved in plant immunity and cell-to-cell communication, the role of most members of this family during fertilization is unknown.
The aim of this project was therefore to systematically identify LTPs which play a role in the fertilization process in A. thaliana, particularly during pollen tube guidance. To identify candidate proteins, the expression profile of LTPs in reproductive tissue was investigated. This was accomplished by in-silico bioinformatic analysis using different expression databases. Following confirmion of these results by qRT-PCR analysis, seven Type-I nsLTPs (LTP1, LTP2, LTP3, LTP4, LTP5, LTP6 and LTP12) were found to be exclusively expressed in pistils. Except for LTP12, all other pistil expressed LTPs were transcriptionally induced upon pollination. Using reporter-based transcriptional and translational fusions the temporal and spatial expression patterns together with protein localizations for LTP2, 3, 4, 5, 6, and 12 were determined in planta. Stable transgenic plants carrying PromLTP::GUS constructs of the six different LTP candidates showed that most of LTPs were expressed in the stigma/stylar region and were induced upon pollination. With respect to protein localization on the cellular level, they split into two categories: LTP2, LTP5 and LTP6 were localized in the cell wall, while LTP3, LTP4 and LTP12 were specifically targeted to the plasma membrane.
For the functional characterization of the candidate LTPs, several T-DNA insertion mutant plant lines were investigated for phenotypes affecting the fertilization process. Pollen development and quality as well as their in-vitro germination rate did not differ between the different single ltp mutant lines and wildtype plants. Moreover, in-vivo cross pollination experiments revealed that tube growth and fertilization rate of the mutant plants were similar to wildtype plants. Altogether, no discernible phenotype was evident in other floral and vegetative parts between different single ltp mutant lines and wildtype plants. As there was no distinguishable phenotype observed for single ltp-ko plants, double knock out plants of the two highly homologous genes LTP2 (expressed in the female stigma, style and transmitting tract) and LTP5 (expressed in the stigma, style, pollen pollen-tube and transmitting tract) were generated using the EPCCRISPR-Cas9 genome editing technique. Two ltp2ltp5 mutant transgenic-lines (#P31-P2 and #P31-P3) with frameshift mutations in both the genes could be established. Further experiments showed, that the CRISPR/Cas9-mediated knock-out of LTP2/LTP5 resulted in significantly reduced fertilization success. Cell biological analyses revealed that the ltp2ltp5 double mutant was impaired in pollen tube guidance towards the ovules and that this phenotype correlated with aberrant callose depositions in the micropylar region during ovule development. Detailed analysis of in-vivo pollen-tube growth and reciprocal cross pollination assay suggested that, the severely compromised fertility was not caused by any defect in development of the pollen grains, but was due to the abnormal callose deposition in the embryo sac primarily concentrated at the synergid cell near the micropylar end. Aberrant callose deposition in ltp2ltp5 ovules pose a complete blockage for the growing pollen tube to change its polarity to enter the funiculus indicating funicular and micropylar defects in pollen tube guidance causing fertilization failure.
Our finding suggests that female gametophyte expressed LTP2 and LTP5 play a crucial role in mediating pollen tube guidance process and ultimately having an effect on the fertilization success. In line with the existence of a N-terminal signal peptide, secreted LTPs might represent a well-suited mobile signal carrier in the plant’s extracellular matrix. Previous reports suggested that, LTPs could act as chemoattractant peptide, imparting competence to the growing pollen tube, but the molecular mechanism is still obscure. The results obtained in this thesis further provide strong evidence, that LTP2/5 together regulate callose homeostasis and testable models are discussed. Future work is now required to elucidate the detailed molecular link between these LTPs and their potential interacting partners or receptors expressed in pollen and synergid cells, which should provide deeper insight into their functional role as regulatory molecules in the pollen tube guidance mechanism.
Kardiovaskuläre Erkrankungen sind unverändert die häufigste Ursache für Morbidität und Mortalität in den Industrienationen [1]. Die Risikoprädiktion und -prävention dieser Erkrankungen ist von großer Bedeutung, unter anderem deswegen weil primäre Ereignisse bei bis dato asymptomatischen Personen auftreten können [2]. Die zugrundeliegende Pathogenese, die Arteriosklerose, ist immer besser erforscht und zugleich sind Risikofaktoren identifiziert, die einen schädlichen Einfluss haben [3, 4]. Durch die Messung der Karotis-Intima-Media-Dicke (Carotid-Intima-Media-Thickness, CIMT) mittels B-Mode Ultraschall steht eine weit verbreitete, sichere und anerkannte Methode zur Verfügung, mit der bereits subklinische Formen der Arteriosklerose erfasst werden können [5]. Die CIMT ist als Surrogatparameter für eine generalisierte Arteriosklerose im gesamten Gefäßsystem etabliert und ihre Zunahme wird mit dem Vorliegen von kardiovaskulären Risikofaktoren assoziiert [6-8]. In der Risikoprädiktion mit Hilfe der CIMT bilden geschlechts-, alters- und regionalspezifische Normwerte die Basis [5]. Die aktuellen internationalen Leitlinien empfehlen in ihren neusten Fassungen, nicht mehr die CIMT zur kardiovaskulären Risikoprädiktion in der Allgemeinbevölkerung einzusetzen [1, 9]. Die Experten berufen sich auf Studien, in denen lediglich ein singuläres Messsegment betrachtet wurde [1, 9-11]. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es den Einfluss spezifischer kardiovaskulärer Risikofaktoren auf die verschiedenen Segmente der A. carotis zu erfassen und – davon ausgehend – den Stellenwert der vorhandenen Modelle zur Risikoprädiktion zu evaluieren. Des Weiteren wurden Normwerte aus einer repräsentativen Gruppe der Würzburger Allgemeinbevölkerung gebildet und die Reproduzierbarkeit der Ultraschalluntersuchung im Bereich der Halsschlagader überprüft.
Den Berechnungen liegen Daten der STAAB-Kohortenstudie (Häufigkeit und Einflussfaktoren auf frühe STAdien A und B der Herzinsuffizienz in der Bevölkerung) zugrunde, einer große Bevölkerungsstudie, die seit 2015 Daten der Würzburger Bevölkerung erhebt [12]. Es wurden Probanden zwischen mit einem Alter zwischen 30 und 79 Jahren eingeschlossen. Die CIMT wurde auf beiden Seiten des Halses auf der schallkopffernen Seite an drei vorab definierten Lokalisationen des Gefäßes, der A. carotis communis (ACC), dem Bulbus und der A. carotis interna (ACI), vermessen. Es wurden die fünf Risikofaktoren Diabetes mellitus, Dyslipidämie, Hypertonie, Rauchen und Übergewicht berücksichtigt. Mittels einer logistischen Regression wurde der spezifische Einfluss dieser Faktoren auf die individuelle, alters- und geschlechtsbasierte 75. Perzentile der CIMT in den einzelnen Lokalisationen betrachtet. Diese Grenzwerte stammten aus den eigens erstellten Normwerten für die Allgemeinbevölkerung. Es wurde eine „gesunde“ Subpopulation zur Erstellung dieser Normwerte gebildet, die keine der oben genannten Risikofaktoren sowie keine manifesten kardiovaskulären Erkrankungen aufwiesen.
Die Auswertung umfasste die Daten von insgesamt 2492 Probanden. Die segmentspezifische CIMT war am größten im Bereich Bulbus, gefolgt von der ACC und der ACI. Männer hatten höhere Wanddickenwerte und mehr Risikofaktoren als Frauen. Die Reproduzierbarkeit zwischen den einzelnen Untersuchern war insgesamt moderat bis stark. Im Vergleich zu anderen Studien zeigte sich jedoch insgesamt eine schwächere Übereinstimmung, so dass von einer potentiellen Verbesserung des Schulungsprotokolls für unerfahrene Personen ausgegangen wird. Die Ergebnisse der Reproduzierbarkeitsanalyse verdeutlichen den Bedarf eines standardisierten, international anerkannten Protokolls zur Schulung von Untersuchern der CIMT und eines exakten Messprotokolls [5, 13]. Die erhobenen Normwerte der „Gesunden“ zeigten eine Konsistenz mit verschiedenen, auf vergleichbare Weise erhobenen Werten und bildeten die Basis für die weiteren Untersuchungen. Die CIMT nahm mit dem Alter und – unabhängig davon – ebenfalls mit der Anzahl an Risikofaktoren zu. Die Faktoren Dyslipidämie, Rauchen und Hypertonie hatten einen statistisch signifikanten Einfluss für das Überschreiten des Grenzwertes der 75. Perzentile (OR (95 % KI) zwischen 1,28 (0,98 – 1,65), ACC, und 1,86 (1,53 – 2,27), Bulbus) [14]. Die Faktoren Diabetes mellitus und Übergewicht zeigten im verwendeten Modell keinen Effekt auf die CIMT. Insgesamt konnte, bis auf eine mögliche Interaktion zwischen dem Risikofaktor Rauchen und der ACI, kein segmentspezifischer Effekt beobachtet werden [14]. Daraus resultierend wurde die Hypothese aufgestellt, dass zur Erfassung des kardiovaskulären Risikos einer Person die Messung eines singulären Segments möglicherweise ausreicht [14]. Dies stärkt die neusten Empfehlungen der Leitlinien, die sich auf Studien berufen, welche eben nur ein Segment betrachteten. Die identifizierten Risikofaktoren spiegeln sich darüber hinaus in den gängigen Modellen zur Risikoprädiktion und -prävention wider. Demnach gerät der Einsatz der CIMT zur Bestimmung des individuellen Risikos von Personen der Allgemeinbevölkerung in den Hintergrund [15].
In der vorliegenden Arbeit erfolgte eine retrospektive Auswertung der Daten von 2078 Patienten mit Erstdiagnose eines primär hormonrezeptorpositivem Mammakarzinoms, bezüglich der Entwicklung einer Rezeptorkonversion im Rezidiv. 196 Frauen entwickelten ein Rezidiv, wovon 29,1% eine Rezeptorveränderung im Östrogen-, Progesteron-, oder HER2-neu-Rezeptor zeigten. Ein niedriger Tumordifferenzierungsgrad und eine axilläre Lymphknotenbeteiligung zeigten ein erhöhtes Risiko für das Auftreten einer Rezeptorkonversion. Eine prämenopausale Tamoxifentherapie oder die Applikation einer Chemotherapie war mit einem geringerem Risiko für die Entwicklung eines östrogenrezeptornegativen Rezidivs assoziiert. Der Verlust der Rezeptorpositivität zeigte einen Trend zu einem geringeren Gesamtüberleben.
Die Anzahl von Patienten mit einer dauerhaften oralen Antikoagulation sowie einer elektiven Operation steigt kontinuierlich. Meist erfolgt die perioperative Umstellung auf ein niedermolekulares Heparin, das sogenannte Bridging. Bisher gibt es keine evidenzbasierte Leitlinie. In der aktuellen Literatur zeigt sich, dass das perioperative Bridging das Risiko einer postoperativen Blutung erhöht. Ziel der Studie war es, das Blutungsrisiko beim Bridging und die Leitlinienadhärenz bei viszeralchirurgischen Eingriffen zu untersuchen. Es handelt sich um eine retrospektive, monozentrische Studie. Die Patientenselektion erfolgte mit dem Krankenhausinformationssystem für den Zeitraum 01. Januar 2011 bis 31. Dezember 2014. Eingeschlossen wurden Patienten mit einer dauerhaften oralen Antikoagulation, verfügbaren Patientenakte und einem elektiven operativen Eingriff. Ausschlusskriterien waren Notfalleingriffe, bariatrische Eingriffe und Gefäßoperationen. Erfasst wurden Komorbiditäten, die perioperative Dosierung und Pausierung des Bridging sowie postoperative Komplikationen. Insgesamt konnten 263 Fälle ausgewertet werden, wobei in 58 Fällen postoperative Blutungen auftraten (22,1%; 30 subkutane Hämatome, 17 lokale Blutungen, 5 Hämaskos, 3 peranale Blutungen, 3 Sonstige), in 68 Fällen erfolgten Transfusionen (26%) und in 40 Fällen Revisionsoperationen (15%). Das Risiko für Blutungen war erhöht beim Bridging in einer therapeutischen Dosierung (2x1mg/kgEnoxaparin;N=51/189,27%) im Vergleich zur halb- therapeutischen (1x1mg/kg; N=3/26, 12%) und prophylaktischen Dosierung (1x40mg; N=4/49, 8%; P=0,007). Thromboembolische Ereignisse traten bei 2 Patienten auf (0,8%; Apoplex, Lungenembolie). Eine falsche Risikobewertung führte bei 28 Patienten (11%) zu einem nicht indizierten therapeutischen Bridging, wobei hier 7 Blutungen auftraten. Darüber hinaus war die perioperative Pausierung des Bridging bei der Mehrzahl der Fälle zu kurz. Die präoperative Pausierung korrelierte mit dem Risiko für Bluttransfusionen (P=0,028). Die Leitlinie wurde bei 96% der Patienten nicht befolgt.
Patienten mit einem Bridging in einer therapeutischen Dosierung unterliegen einem hohen Risiko für postoperative schwere Blutungskomplikationen. In der Praxis wird die Indikation zum Bridging oftmals nicht ausreichend differenziert und die perioperative Pausierung nicht eingehalten. Die Indikation zum perioperativen Bridging muss mit Hilfe einer individuellen präoperativen Risikostratifizierung für das perioperative Blutungs- und Thromboembolierisiko gestellt werden.
Hintergrund: Die pulmonale elektrische Impedanztomographie (EIT) stellt die regionale Ventilation der Lunge dar. Ziel dieser Studie war es, die postoperative Umverteilung der regionalen Ventilation nach lungenchirurgischen Eingriffen in Abhängigkeit von der Operationsseite und deren Zusammenhang mit der forcierten Vitalkapazität zu untersuchen.
Methoden: In dieser Beobachtungsstudie wurden Patienten untersucht, die sich rechts- und linksseitig offenen und videothorakoskopischen Eingriffen unterzogen. Es wurden Messungen mit EIT und Spirometrie durchgeführt. Jeweils 13 links- und 13 rechtsseitig operierte erwachsene Patienten, wurden präoperativ, sowie am dritten postoperativen Tag untersucht. Der Center of Ventilation (COV) innerhalb einer 32 x 32 Matrix wurde aus den EIT-Daten berechnet. COVx (links/rechts) wurde zu COVx' (ipsilateral/kontralateral) mit invertiertem Vektor der perioperativen Veränderung bei rechtsseitiger Operation modifiziert, um den Effekt der Zeit und der Seite der Operation in beiden Gruppen mit Two-way ANOVA für wiederholte Messungen zu testen.
Ergebnisse: Die perioperative Verschiebung von COVx' war abhängig von der Operationsseite (p=0,007) und war um -1,97 Matrixpunkte (p<0,001) bei rechtsseitiger und -0,61 Matrixpunkte (p=0,425) bei linksseitiger Operation von der Operationsseite weg gerichtet. Die forcierte Vitalkapazität (%vom Soll) verringerte sich von 94 (83-109) % [Median (Perzentile)] (linksseitig) und 89 (80-97) % (rechtsseitig) auf 61 (59-66) % bzw. 62 (40-72) % (p<0,05) und korrelierte mit COVx' für beide Gruppen.
Schlussfolgerung: Nur nach rechtsseitiger Lungenoperation konnte die EIT eine reduzierte Ventilation auf der Seite der Operation zeigen, während die Vitalkapazität in beiden Gruppen deutlich reduziert war.
This thesis is divided into two parts.
In the first part we contribute to a working program initiated by Pudlák (2017) who lists several major complexity theoretic conjectures relevant to proof complexity and asks for oracles that separate pairs of corresponding relativized conjectures. Among these conjectures are:
- \(\mathsf{CON}\) and \(\mathsf{SAT}\): coNP (resp., NP) does not contain complete sets that have P-optimal proof systems.
- \(\mathsf{CON}^{\mathsf{N}}\): coNP does not contain complete sets that have optimal proof systems.
- \(\mathsf{TFNP}\): there do not exist complete total polynomial search problems (also known as total NP search problems).
- \(\mathsf{DisjNP}\) and \(\mathsf{DisjCoNP}\): There do not exist complete disjoint NP pairs (coNP pairs).
- \(\mathsf{UP}\): UP does not contain complete problems.
- \(\mathsf{NP}\cap\mathsf{coNP}\): \(\mathrm{NP}\cap\mathrm{coNP}\) does not contain complete problems.
- \(\mathrm{P}\ne\mathrm{NP}\).
We construct several of the oracles that Pudlák asks for.
In the second part we investigate the computational complexity of balance problems for \(\{-,\cdot\}\)-circuits computing finite sets of natural numbers (note that \(-\) denotes the set difference). These problems naturally build on problems for integer expressions and integer circuits studied by Stockmeyer and Meyer (1973), McKenzie and Wagner (2007), and Glaßer et al. (2010).
Our work shows that the balance problem for \(\{-,\cdot\}\)-circuits is undecidable which is the first natural problem for integer circuits or related constraint satisfaction problems that admits only one arithmetic operation and is proven to be undecidable.
Starting from this result we precisely characterize the complexity of balance problems for proper subsets of \(\{-,\cdot\}\). These problems turn out to be complete for one of the classes L, NL, and NP.
Bisherige per Tissue Engineering hergestellte Testsysteme der Mundschleimhaut basieren in der Regel auf allogenen und teils dysplastischen Keratinozyten. Dies schmälert die Aussagekraft der gewonnenen Ergebnisse hinsichtlich des Anspruchs, Nativgewebe bestmöglich nachzubilden.
In der vorliegenden Arbeit sollte daher ein am Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin entwickeltes Protokoll zur Herstellung dreidimensionaler epidermaler Oralmukosaäquivalente auf Basis autologer Keratinozyten auf seine Eigenschaften und Einsatzmöglichkeit als in-vitro Testsystem untersucht werden.
Nach erfolgreicher Isolierung und Kultivierung im Monolayer konnten insgesamt 420 Modelle zu drei verschiedenen Zeitpunkten (Passagen) aufgebaut werden. Die Untersuchung von Histologie, Viabilität und Barrierefunktion mittels MTT, TEER und Natriumfluoresceinpermeabilität konnte einen suffizienten Aufbau von verhorntem, mehrschichtigen oralen Plattenepithel nachweisen. Gleichzeitig konnte eine Abnahme der Epithelqualität mit steigendem Keratinozytenalter festgestellt werden.
Eine sich anschließende Untersuchung von 14 Cytokeratinen sowie Apoptosemarkern per effizienzkorrigierter und normalisierter RT-qPCR konnte die Überlegenheit der dreidimensionalen autologen Oralmukosaäquivalente gegenüber der zweidimensionalen Monolayerkultur auf Genebene zeigen.
The first problem is that of the optimal volume allocation in procurement. The choice of this problem was motivated by a study whose objective was to support decision-making at two procurement organizations for the procurement of Depot Medroxyprogesterone Acetate (DMPA), an injectable contraceptive. At the time of this study, only one supplier that had undergone the costly and lengthy process of WHO pre-qualification was available to these organizations. However, a new entrant supplier was expected to receive WHO qualification within the next year, thus becoming a viable second source for DMPA procurement. When deciding how to allocate the procurement volume between the two suppliers, the buyers had to consider the impact on price as well as risk. Higher allocations to one supplier yield lower prices but expose a buyer to higher supply risks, while an even allocation will result in lower supply risk but also reduce competitive pressure, resulting in higher prices. Our research investigates this single- versus dual-sourcing problem and quantifies in one model the impact of the procurement volume on competition and risk. To support decision-makers, we develop a mathematical framework that accounts for the characteristics of donor-funded global health markets and models the effects of an entrant on purchasing costs and supply risks. Our in-depth analysis provides insights into how the optimal allocation decision is affected by various parameters and explores the trade-off between competition and supply risk. For example, we find that, even if the entrant supplier introduces longer leads times and a higher default risk, the buyer still benefits from dual sourcing. However, these risk-diversification benefits depend heavily on the entrant’s in-country registration: If the buyer can ship the entrant’s product to only a selected number of countries, the buyer does not benefit from dual sourcing as much as it would if entrant’s product could be shipped to all supplied countries. We show that the buyer should be interested in qualifying the entrant’s product in countries with high demand first.
In the second problem we explore a new tendering mechanism called the postponement tender, which can be useful when buyers in the global health industry want to contract new generics suppliers with uncertain product quality. The mechanism allows a buyer to postpone part of the procurement volume’s allocation so the buyer can learn about the unknown quality before allocating the remaining volume to the best supplier in terms of both price and quality. We develop a mathematical model to capture the decision-maker’s trade-offs in setting the right split between the initial volume and the postponed volume. Our analysis shows that a buyer can benefit from this mechanism more than it can from a single-sourcing format, as it can decrease the risk of receiving poor quality (in terms of product quality and logistics performance) and even increase competitive pressure between the suppliers, thereby lowering the purchasing costs. By considering market parameters like the buyer’s size, the suppliers’ value (difference between quality and cost), quality uncertainty, and minimum order volumes, we derive optimal sourcing strategies for various market structures and explore how competition is affected by the buyer’s learning about the suppliers’ quality through the initial volume.
The third problem considers the repeated procurement problem of pharmacies in Kenya that have multi-product inventories. Coordinating orders allows pharmacies to achieve lower procurement prices by using the quantity discounts manufacturers offer and sharing fixed ordering costs, such as logistics costs. However, coordinating and optimizing orders for multiple products is complex and costly. To solve the coordinated procurement problem, also known as the Joint Replenishment Problem (JRP) with quantity discounts, a novel, data-driven inventory policy using sample-average approximation is proposed. The inventory policy is developed based on renewal theory and is evaluated using real-world sales data from Kenyan pharmacies. Multiple benchmarks are used to evaluate the performance of the approach. First, it is compared to the theoretically optimal policy --- that is, a dynamic-programming policy --- in the single-product setting without quantity discounts to show that the proposed policy results in comparable inventory costs. Second, the policy is evaluated for the original multi-product setting with quantity discounts and compared to ex-post optimal costs. The evaluation shows that the policy’s performance in the multi-product setting is similar to its performance in the single-product setting (with respect to ex-post optimal costs), suggesting that the proposed policy offers a promising, data-driven solution to these types of multi-product inventory problems.
Die Elektrophoretische Abscheidung (EPD) ist ein zweistufiger Prozess, bei dem geladene Partikel zunächst aufgrund eines elektrischen Feldes in einer Suspension bewegt und anschließend auf einer Oberfläche abgeschieden werden. Aufgrund der Möglichkeit zur kostengünstigen Massenproduktion von Filmen auf Oberflächen sowie darauf basierenden dreidimensionalen Mehrschichtsystemen, ist die EPD für die Industrie und die Medizin von großem Interesse. Der 3D-Druck ist dagegen weniger zur Massenproduktion, sondern vielmehr zur Herstellung von Prototypen in niedriger Stückzahl geeignet, was ihn jedoch nicht weniger interessant für Industrie und Medizin macht. Beim 3D-Druck wird das Material zum Aufbau einer dreidimensionalen Struktur lokal zur Verfügung gestellt, weshalb er den additiven Herstellungsverfahren zugeordnet werden kann. Eine Kombination beider Verfahren eröffnet neue Möglichkeiten zum Aufbau dreidimensionaler Strukturen. Da EPD theoretisch mit jedem geladenen Objekt, Material oder Molekül möglich ist, ließe sich das Potenzial des 3D-Drucks durch eine Kombination mit EPD signifikant steigern. Prototypen könnten aus einer Vielzahl an Materialien in einem schnellen und kostengünstigen additiven Herstellungsverfahren entstehen, wodurch die Möglichkeit zum Einsatz als Massenproduktionsverfahren gegeben ist. Eine Nutzung der EPD als 3D-Druck-Verfahren ist jedoch nur möglich, wenn es gelingt, die Abscheidung der Partikel lokal zu fokussieren und somit den Aufbau der dreidimensionalen Struktur zu steuern und zu kontrollieren.
In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, ob lokale Abscheidung von keramischen Partikeln durch EPD realisierbar ist und welche Bedingungen dazu vorliegen müssen. Insbesondere werden die Bewegungen der geladenen Partikel im inhomogenen elektrischen Feld analysiert und der Einfluss der Polarität des Suspensionsmediums auf die Partikelbewegung und die Partikelablagerung in einer selbstentwickelten Mikro-Flusskammer untersucht.
Im unpolaren Medium Cyclohexan steigt die Bewegungsgeschwindigkeit der Partikel linear mit der angelegten Spannung, respektive der elektrischen Feldstärke. Die Bewegungsrichtung der Partikel erfolgt entsprechend ihrer positiven Ladung in Richtung der Kathode. Die Partikel scheiden sich als stäbchenförmige Deposition verteilt auf der Kathodenoberfläche ab. Die Häufigkeit der Ablagerung ist dabei an der Elektrodenspitze, also im Bereich der höchsten Feldstärke am größten. Die Stabilisierung der Partikel in einem unpolaren Lösemittel wird durch eine Oberflächenbeschichtung mit verschiedenen, strukturähnlichen Dispergatoren realisiert. Alle verwendeten Dispergator-Partikel-Systeme zeigen näherungsweise gleiches elektrophoretisches Verhalten.
In Wasser bewegen sich die positiv geladenen Partikel bei einer angelegten Spannung von unter 3 V entgegen der elektrostatischen Kräfte in Richtung Anode, deren Oberfläche sie jedoch nicht erreichen, da sie vorher abgelenkt werden. Somit erfolgt keine Abscheidung der Partikel auf keiner der beiden Elektroden. Ab einer Spannung von 3 V beginnen sich Partikel im polaren Medium in Form einer dendritischen Struktur an der Kathodenspitze abzuscheiden. Bei Spannungen von mehr als 17 V beginnt in Wasser eine sichtbare Bildung von Gasblasen an der Anodenoberfläche. Beim Abriss der Blasen von der Oberfläche wird die vorhandene dendritische Struktur zerstört.
In Mischungen aus Ethanol und Cyclohexan wird die Spannung von 5 V konstant gehalten und das Mischungsverhältnis der beiden Lösemittel, und somit die Polarität der Suspension, variiert. Bereits bei 0,1 Vol.-% Ethanol-Anteil, sowie ab 30 Vol.-% Ethanol findet eine Partikelbewegung in Richtung der Anode, also entgegen der elektrostatischen Kräfte, statt. Da die Partikel die Anodenoberfläche aufgrund der repulsiven Wechselwirkungen nicht erreichen, findet keine Abscheidung statt. Nur bei einem Ethanol-Anteil von 7,5 Vol.-% bis etwa 30 Vol.-% bewegen sich die Partikel in Richtung Kathode, wo sie sich auch abscheiden.
Die merkwürdigen Bewegungsphänomene der Partikel in der Mikro-Flusskammer konnten nicht mit Sicherheit aufgeklärt werden. Induced-charge electroosmotic flow oder andere elektrokinetische Effekte könnten wirken und so die elektrophoretische Partikelbewegung überlagern oder beeinflussen.
Gezeigt werden konnte jedoch, dass eine lokale Abscheidung von Partikeln mittels EPD möglich ist. Dazu ist unter den beschriebenen experimentellen Bedingungen in Wasser eine Spannung im Bereich zwischen 3 V und 17 V nötig, um lokal eine dendritische Struktur abzuscheiden. In reinem Cyclohexan und für bestimmte Mischungsverhältnisse von Ethanol und Cyclohexan erfolgt die Abscheidung bei jedem untersuchten Spannungswert. Anders als in Wasser ist die stäbchenförmige Abscheidung jedoch an mehreren Stellen auf der Elektrodenoberfläche zu beobachten. Dennoch kann auch hier von einer lokalen Abscheidung gesprochen werden, da die Wahrscheinlichkeit für die Abscheidung an der Elektrodenspitze am größten ist, was nach einiger Zeit zu einer lokal erhöhten Schichtdicke führt.
Bestimmung der Plasmaproteinbindung von niedrig affinen Liganden am Beispiel der Ephedra-Alkaloide
(2021)
Zur Bestimmung der Bindungsaffinität von Liganden zu den Plasmaproteinen, insbesondere Albumin, wurden über die Jahre zahlreiche Methoden entwickelt. Die Grundlage dieser Arbeit war die Bestimmung der Plasmaproteinbindung der Ephedra-Alkaloide unter Verwendung einzelner dieser etablierten Methoden. Aufgrund ihres Anwendungsgebiets als Notfallmedikation bei Anästhesie-bedingter Hypotonie und den damit verbundenen Anforderungen an die Pharmakokinetik, sollten die Ephedra-Alkaloide niedrig-affine Liganden der Plasmaproteine darstellen. In der Literatur und in vorhergehenden Arbeiten wurden für die Ephedra-Alkaloide jedoch sehr unterschiedliche, teilweise der Indikation widersprechende Affinitäten bestimmt. Daher sollte im Rahmen dieser Arbeit das Ausmaß der Plasmaproteinbindung der Ephedra-Alkaloide weiter untersucht und die Affinität zu Albumin bzw. anderen Plasmaproteinen im humanen Serum bestimmt werden. Neben der Affinität sollte auch die Stereoselektivität der Bindung genauer betrachtet werden, die bei der Bindung vieler Wirkstoffe eine Rolle spielt. Als Referenzmethode diente die kontinuierliche Ultrafiltration, die auch schon bei Hörst verwendet wurde.
Folgende Schlussfolgerungen konnten aus den Ergebnissen dieser Arbeit gezogen werden:
1) Die Ergebnisse der kontinuierlichen Ultrafiltration zeigten, dass die Ephedra-Alkaloide, Ephedrin und Pseudoephedrin, ein nur geringes Ausmaß an Plasmaprotein-bindung von 4 – 9 % gegenüber bovinem und humanem Serumalbumin zeigen. Eine deutlich höhere Plasmaproteinbindung von 19 – 37 % konnte hingegen bei der Verwendung von humanem Serum bestimmt werden. Die Affinität von Pseudoephedrin war dabei jeweils geringer als die von Ephedrin.
2) Diese Ergebnisse mit humanem Serum und die Tatsache, dass Albumin vorwiegend saure Stoffe bindet, legen nahe, dass die Ephedra-Alkaloide vermehrt an andere Plasmaproteine in Serum binden. Erste Messergebnisse mit saurem α1 Glykoprotein bestätigen diese Vermutung.
3) Eine Stereoselektivität konnte nur in geringem Maß bei (+) Ephedrin beobachtet werden, wobei der Unterschied nur im Serum signifikant ist. Pseudoephedrin dagegen zeigte keinerlei Stereoselektivität. Diese Beobachtung passt zu den Schlussfolgerungen der Pfeiffer‘schen Regel zur Stereoselektivität einer Bindung.
4) Andere Sympathomimetika mit einer zusätzlichen Phenolgruppe im Molekül zeigen eine ähnlich niedrige Affinität zu Albumin von ca. 10 %. Eine zusätzliche Phenolgruppe scheint die sauren Eigenschaften des Liganden nicht ausreichend zu erhöhen, um die Affinität zu Albumin signifikant zu steigern.
5) Das tertiäre Kohlenstoffatom am Stickstoff des Ephedrins scheint in gewisser Weise an der Bindung zu Albumin beteiligt zu sein. Sympathomimetika mit einer zusätzlichen Methylgruppe an diesem Kohlenstoffatom, wie Ephedrin, Pseudoephedrin und Oxilofrin, zeigen eine größere Streuung der Messergebnisse. Eine zusätzliche Methylgruppe in dieser Position scheint die Bindung daher sterisch zu hindern.
6) Die Ergebnisse der diskontinuierlichen Ultrafiltration bestätigen weitestgehend die Ergebnisse der kontinuierlichen Ultrafiltration
7) Eine Bestimmung des Ausmaßes der Plasmaproteinbindung von niedrig-affinen Stoffen ist mit den anderen orthogonalen Methoden ACE, NMR und iTC nicht möglich. Diese drei verwendeten Methoden trennen nicht wie die klassischen Methoden den gebundenen vom ungebundenen Wirkstoff, sondern beruhen auf einer Veränderung bestimmter Messparameter: bei der ACE die Migrationszeit, bei der NMR-Spektroskopie die chemische Verschiebung der Signale bzw. der Diffusionskoeffizient und bei der iTC die frei werdende Bindungswärme. Bei allen drei Methoden war die Änderung der Messgröße aufgrund der niedrigen Plasmaproteinbindung zu gering, um auswertbar zu sein.
8) Eine Störgröße bei die orthogonalen Methoden war vielfach auch das Albumin selbst bzw. dessen Eigenschaften. Bei der Affinitäts-Kapillarelektrophorese sind physiologische HSA-Konzentrationen wegen des starken Basislinienrauschens nicht messbar. Zudem bewirkt der Albuminzusatz im Trennpuffer eine Viskositätsänderung, die den EOF verlangsamt und so die Messung stört. Bei der NMR-Spektroskopie können wegen der Überlagerung der Signale durch die breiten Albuminbanden weder Veränderungen in der chemischen Verschiebung noch des Diffusionskoeffizienten zuverlässig bestimmt werden. In der iTC erschwerte die Schaumbildung der Lösung, die durch die Oberflächenaktivität des Albumins verursacht wird, die Messung.
In dieser Arbeit konnte somit das Ausmaß der Plasmaproteinbindung der Ephedra-Alkaloide mit verschiedenen Methoden erfolgreich bestimmt werden. Damit bestätigte diese Arbeit, dass die Ephedra-Alkaloide, wie deren Indikation vermuten lässt, zu den niedrig affinen Liganden des Albumins zählen. Um genauer eingrenzen zu können durch welche Plasmaproteine im Blutserum die Ephedra-Alkaloide transportiert werden, sollten die Untersuchungen zum sauren α1-Glykoprotein fortgesetzt und gegebenenfalls durch weitere Bestimmungen mit anderen Plasmaproteinen ergänzt werden.
Die Ergebnisse dieser Arbeit haben auch gezeigt, dass viele der unzähligen Methoden zur Untersuchung der Plasmaproteinbindung bei der Bestimmung von niedrig affinen Liganden ihre Grenzen haben. Nach wie vor sind zur Bestimmung einer niedrigen Bindungsaffinität weiterhin die klassischen Methoden, wie die kontinuierliche Ultrafiltration, Mittel der Wahl. Nicht zuletzt deshalb erfreuen sich diese Methoden auch heute noch großer Beliebtheit.
How diversity of life is generated, maintained, and distributed across space and time is the central question of community ecology. Communities are shaped by three assembly processes: (I) dispersal, (II) environ-mental, and (III) interaction filtering. Heterogeneity in environmental conditions can alter these filtering processes, as it increases the available niche space, spatially partitions the resources, but also reduces the effective area available for individual species. Ultimately, heterogeneity thus shapes diversity. However, it is still unclear under which conditions heterogeneity has positive effects on diversity and under which condi-tions it has negative or no effects at all. In my thesis, I investigate how environmental heterogeneity affects the assembly and diversity of diverse species groups and whether these effects are mediated by species traits.
In Chapter II, I first examine how much functional traits might inform about environmental filtering pro-cesses. Specifically, I examine to which extent body size and colour lightness, both of which are thought to reflect the species thermal preference, shape the distribution and abundance of two moth families along elevation. The results show, that assemblages of noctuid moths are more strongly driven by abiotic filters (elevation) and thus form distinct patterns in colour lightness and body size, while geometrid moths are driven by biotic filters (habitat availability), and show no decline in body size nor colour lightness along elevation. Thus, one and the same functional trait can have quite different effects on community assembly even between closely related taxonomic groups.
In Chapter III, I elucidate how traits shift the relative importance of dispersal and environmental filtering in determining beta diversity between forests. Environmental filtering via forest heterogeneity had on aver-age higher independent effects than dispersal filtering within and among regions, suggesting that forest heterogeneity determines species turnover even at country-wide extents. However, the relative importance of dispersal filtering increased with decreasing dispersal ability of the species group. From the aspects of forest heterogeneity covered, variations in herb or tree species composition had overall stronger influence on the turnover of species than forest physiognomy. Again, this ratio was influenced by species traits, namely trophic position, and body size, which highlights the importance of ecological properties of a taxo-nomic group in community assembly.
In Chapter IV, I assess whether such ecological properties ultimately determine the level of heterogeneity which maximizes species richness. Here, I considered several facets of heterogeneity in forests. Though the single facets of heterogeneity affected diverse species groups both in positive and negative ways, we could not identify any generalizable mechanism based on dispersal nor the trophic position of the species group which would dissolve these complex relationships.
In Chapter V, I examine the effect of environmental heterogeneity of the diversity of traits itself to evalu-ate, whether the effects of environmental heterogeneity on species richness are truly based on increases in the number of niches. The results revealed that positive effects of heterogeneity on species richness are not necessarily based on an increased number of niches alone, but proposedly also on a spatially partition of resources or sheltering effects. While ecological diversity increased overall, there were also negative trends which indicate filtering effects via heterogeneity.
In Chapter VI, I present novel methods in measuring plot-wise heterogeneity of forests across continental scales via Satellites. The study compares the performance of Sentinel-1 and LiDar-derived measurements in depicting forest structures and heterogeneity and to their predictive power in modelling diversity. Senti-nel-1 could match the performance of Lidar and shows high potential to assess free yet detailed infor-mation about forest structures in temporal resolutions for modelling the diversity of species.
Overall, my thesis supports the notion that heterogeneity in environmental conditions is an important driv-er of beta-diversity, species richness, and ecological diversity. However, I could not identify any general-izable mechanism which direction and form this effect will have.