Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie
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- Doctoral Thesis (98)
- Journal article (35)
Keywords
- Plattenepithelcarcinom (11)
- HNSCC (10)
- BMP (9)
- Osteoinduktion (9)
- Plattenepithelkarzinom (5)
- Transplantat (5)
- caloric restriction (5)
- head and neck cancer (5)
- osteoinduction (5)
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Institute
- Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie (133)
- Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften (7)
- Comprehensive Cancer Center Mainfranken (5)
- Pathologisches Institut (5)
- Abteilung für Molekulare Innere Medizin (in der Medizinischen Klinik und Poliklinik II) (3)
- Institut für Hygiene und Mikrobiologie (3)
- Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin (3)
- Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik (3)
- Abteilung für Funktionswerkstoffe der Medizin und der Zahnheilkunde (2)
- Institut für Pharmazie und Lebensmittelchemie (2)
Sonstige beteiligte Institutionen
Purpose
While [\(^{18}\)F]-fluorodeoxyglucose ([\(^{18}\)F]FDG) is the standard for positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) imaging of oral squamous cell carcinoma (OSCC), diagnostic specificity is hampered by uptake in inflammatory cells such as neutrophils or macrophages. Recently, molecular imaging probes targeting fibroblast activation protein α (FAP), which is overexpressed in a variety of cancer-associated fibroblasts, have become available and might constitute a feasible alternative to FDG PET/CT.
Methods
Ten consecutive, treatment-naïve patients (8 males, 2 females; mean age, 62 ± 9 years) with biopsy-proven OSCC underwent both whole-body [\(^{18}\)F]FDG and [\(^{68}\)Ga]FAPI-04 (FAP-directed) PET/CT for primary staging prior to tumor resection and cervical lymph node dissection. Detection of the primary tumor, as well as the presence and number of lymph node and distant metastases was analysed. Intensity of tracer accumulation was assessed by means of maximum (SUV\(_{max}\)) and peak (SUV\(_{peak}\) standardized uptake values. Histological work-up including immunohistochemical staining for FAP served as standard of reference.
Results
[\(^{18}\)F]FDG and FAP-directed PET/CT detected all primary tumors with a SUVmax of 25.5 ± 13.2 (FDG) and 20.5 ± 6.4 (FAP-directed) and a SUVpeak of 16.1 ± 10.3 ([\(^{18}\)F]FDG) and 13.8 ± 3.9 (FAP-directed), respectively. Regarding cervical lymph node metastases, FAP-directed PET/CT demonstrated comparable sensitivity (81.3% vs. 87.5%; P = 0.32) and specificity (93.3% vs. 81.3%; P = 0.16) to [\(^{18}\)F]FDG PET/CT. FAP expression on the cell surface of cancer-associated fibroblasts in both primary lesions as well as lymph nodes metastases was confirmed in all samples.
Conclusion
FAP-directed PET/CT in OSCC seems feasible. Future research to investigate its potential to improve patient staging is highly warranted.
In recent years, various forms of caloric restriction (CR) and amino acid or protein restriction (AAR or PR) have shown not only success in preventing age-associated diseases, such as type II diabetes and cardiovascular diseases, but also potential for cancer therapy. These strategies not only reprogram metabolism to low-energy metabolism (LEM), which is disadvantageous for neoplastic cells, but also significantly inhibit proliferation. Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is one of the most common tumour types, with over 600,000 new cases diagnosed annually worldwide. With a 5-year survival rate of approximately 55%, the poor prognosis has not improved despite extensive research and new adjuvant therapies. Therefore, for the first time, we analysed the potential of methionine restriction (MetR) in selected HNSCC cell lines. We investigated the influence of MetR on cell proliferation and vitality, the compensation for MetR by homocysteine, the gene regulation of different amino acid transporters, and the influence of cisplatin on cell proliferation in different HNSCC cell lines.
Objectives
Mechanisms of wound healing are often impaired in patients with osteonecrosis of the jaw (ONJ). According to the guidelines for the treatment of this disease, early surgical intervention is indicated. However, surgery often faces complications such as wound healing disorders. The application of platelet-rich fibrin (PRF) after necrosectomy between bone and mucosa may constitute a promising approach to improve surgical results. An aspect that was not investigated until now is that PRF acts as a “bio-carrier” for antibiotics previously applied intravenously.
Materials and methods
We investigated the antimicrobial properties of PRF in 24 patients presenting ONJ undergoing systemic antibiosis with ampicillin/sulbactam. We measured the concentration of ampicillin/sulbactam in plasma and PRF and performed agar diffusion tests. Ampicillin/sulbactam was applied intravenously to the patient 10 minutes for blood sampling for PRF. No further incorporation of patients’ blood or PRF product with antibiotic drugs was obtained. Four healthy patients served as controls.
Results
Our results revealed that PRF is highly enriched with ampicillin/sulbactam that is released to the environment. The antibiotic concentration in PRF was comparable to the plasma concentration of ampicillin/sulbactam. The inhibition zone (IZ) of PRF was comparable to the standard ampicillin/sulbactam discs used in sensitivity testing.
Conclusions
The results of our study demonstrated that PRF is a reliable bio-carrier for systemic applied antibiotics and exhibits a large antimicrobial effect.
Clinical relevance
We describe a clinically useful feature of PRF as a bio-carrier for antibiotics. Especially when applied to poorly perfused tissues and bone such as in ONJ, the local release of antibiotics can reduce wound healing disorders like infections.
Grundsätzlich sollte in dieser Arbeit der Einfluss der Glutamin-Restriktion als eine Form der Aminosäure-Restriktion auf das Proliferationsverhalten, den Stoffwechsel sowie die Morphologie der murinen Fibroblastenzelllinie L929 untersucht werden. Es sollte dabei auch gezeigt werden, ob sich Indizien für die Induktion eines LEM finden lassen. Weiterhin sollten die Polyamine Spermidin, Spermin, Putrescin und N-Acetylputrescin als CRMs diskutiert und ihr Einfluss auf das Proliferationsverhalten an sieben Zelllinien herausgestellt werden. Der antiproliferative Effekt der Polyamine Spermidin und Spermin auf das Wachstum der untersuchten Zelllinien konnte in dieser Arbeit bestätigt werden, wobei sich Spermin als potenter erwies als Spermidin. Eine durch Spermidin/Spermin induzierte Autophagie konnte in den Western Blots nicht signifikant nachgewiesen werden. Putrescin und N-Acetylputrescin zeigten nur leichte Wirkungen bei hoher Dosis (10 mM). Während Putrescin einen leicht antiproliferativen Effekt hatte, zeigte N-Acetylputrescin eine leicht proliferationssteigernde Wirkung. Die Autophagie-Induktion durch Methionin-Restriktion konnte durch den Nachweis Autophagie-assoziierter Proteine in den durchgeführten Western Blots bestätigt werden. Um regelmäßig von den positiven Effekten der Autophagie zu profitieren, wäre eine pflanzenbasierte Ernährungsweise sinnvoll und gut durchführbar, da Methionin hauptsächlich in tierischen Lebensmitteln und nur geringfügig in pflanzlichen Nahrungsmitteln vorkommt. Ein völliger Verzicht auf Methionin ist nicht empfehlenswert, da die Aminosäure essentiell ist und somit über die Nahrung aufgenommen werden muss. Um das Methionin-Level konstant, aber niedrig zu halten, erscheint eine Bedarfsdeckung über pflanzliche Nahrung als ideal. Die an den Zelllinien L929 und HeLa durchgeführten Proliferationsstudien zeigten, dass die Zellen selbst nach fünftägiger Glutamin- Restriktion geringfügig weiter proliferierten und keinerlei Merkmale des Zelltodes aufwiesen. Die massenspektrometrische Analyse der Modellzelllinie L929, welche über einen Zeitraum von fünf Tagen einer Glutamin-Restriktion ausgesetzt war, zeigte deutliche metabolische Veränderungen bei den über 150 untersuchten Metaboliten, die auf die Induktion eines LEM schließen lassen. Es konnte ein metabolischer Fingerabdruck nach 48 h für die Zelllinie L929 unter Glutamin-Restriktion definiert werden, der zukünftig als Referenz bei der Testung potentieller CRMs herangezogen werden kann.
Periodontitis is one of the most prevalent diseases worldwide. The degree of radiographic bone loss can be used to assess the course of therapy or the severity of the disease. Since automated bone loss detection has many benefits, our goal was to develop a multi-object detection algorithm based on artificial intelligence that would be able to detect and quantify radiographic bone loss using standard two-dimensional radiographic images in the maxillary posterior region. This study was conducted by combining three recent online databases and validating the results using an external validation dataset from our organization. There were 1414 images for training and testing and 341 for external validation in the final dataset. We applied a Keypoint RCNN with a ResNet-50-FPN backbone network for both boundary box and keypoint detection. The intersection over union (IoU) and the object keypoint similarity (OKS) were used for model evaluation. The evaluation of the boundary box metrics showed a moderate overlapping with the ground truth, revealing an average precision of up to 0.758. The average precision and recall over all five folds were 0.694 and 0.611, respectively. Mean average precision and recall for the keypoint detection were 0.632 and 0.579, respectively. Despite only using a small and heterogeneous set of images for training, our results indicate that the algorithm is able to learn the objects of interest, although without sufficient accuracy due to the limited number of images and a large amount of information available in panoramic radiographs. Considering the widespread availability of panoramic radiographs as well as the increasing use of online databases, the presented model can be further improved in the future to facilitate its implementation in clinics.
(1) Background: Evaluation of impact of adjuvant radiation therapy (RT) in patients with oral squamous cell carcinoma of the oral cavity/oropharynx (OSCC) of up to 4 cm (pT1/pT2) and solitary ipsilateral lymph node metastasis (pN1). A non-irradiated group with clinical follow-up was chosen for control, and survival and quality of life (QL) were compared; (2) Methods: This prospective multicentric comprehensive cohort study included patients with resected OSCC (pT1/pT2, pN1, and cM0) who were allocated into adjuvant radiation therapy (RT) or observation. The primary endpoint was overall survival. Secondary endpoints were progression-free survival and QL after surgery; (3) Results: Out of 27 centers, 209 patients were enrolled with a median follow-up of 3.4 years. An amount of 137 patients were in the observation arm, and 72 received adjuvant irradiation. Overall survival did not differ between groups (hazard ratio (HR) 0.98 [0.55–1.73], p = 0.94). There were fewer neck metastases (HR 0.34 [0.15–0.77]; p = 0.01), as well as fewer local recurrences (HR 0.41 [0.19–0.89]; p = 0.02) under adjuvant RT. For QL, irradiated patients showed higher values for the symptom scale pain after 0.5, two, and three years (all p < 0.05). After six months and three years, irradiated patients reported higher symptom burdens (impaired swallowing, speech, as well as teeth-related problems (all p < 0.05)). Patients in the RT group had significantly more problems with mouth opening after six months, one, and two years (p < 0.05); (4) Conclusions: Adjuvant RT in patients with early SCC of the oral cavity and oropharynx does not seem to influence overall survival, but it positively affects progression-free survival. However, irradiated patients report a significantly decreased QL up to three years after therapy compared to the observation group.
Einfluss von Autophagie-modulierenden Wirkstoffen auf die Proliferation von oralen Tumorzelllinien
(2023)
Die Autophagie nimmt als ein zentraler Bestandteil des zellulären Metabolismus eine wichtige Rolle für die Proliferationsfähigkeit von Tumorzellen ein. Dabei zeigt sich, dass sich der Einfluss der Autophagie kontextabhängig zwischen und innerhalb einzelner Tumorentitäten unterscheidet und das Tumorzellwachstum sowohl fördern als auch hemmen kann. Durch den Einsatz der Wirkstoffe Chloroquin, Bafilomycin und Rapamycin konnte effektiv die Autophagie in den untersuchten Zelllinien moduliert und durch Proteinanalyse mit Hilfe der SDS-Page validiert werden. Dosisabhängige Reduktionen der Zellzahlen konnten vor allem bei den inhibitorisch wirkenden Substanzen Chloroquin und Bafilomycin erreicht werden, während Rapamycin als Autophagie-induzierender Wirkstoff keine antiproliferativen Effekte erzeugen konnte. Auch FasL und TNFα konnten in den untersuchten Tumorzelllinien nur zu einer mäßigen Zellzahlreduktion führen. Cisplatin hingegen konnte in allen Zelllinien dosisabhängige Zellzahlreduktionen induzieren. Durch die Kombination von Chloroquin mit FasL konnte in den FasL-responsiven Zelllinien eine signifikante Sensitivierung im Sinne einer Proliferationshemmung induziert werden. Ähnliche Effekte ließen sich bei der Kombination von Rapamycin mit FasL beobachten. Auch für die MR konnte ein proliferationshemmender Effekt in den zwei untersuchten Tumorzelllinien FaDu und Detroit562 validiert werden. In der Kombination mit FasL wurde bei einer Zelllinie eine Sensitivierung auf das extrinsische Todessignal nachgewiesen. Die kombinatorische Anwendung der MR mit TNFα und Autophagiemodulatoren zeigte keine signifikanten, proliferationshemmenden Effekte. Auswirkungen ließen sich dagegen in der IL-8 Expression feststellen, wobei die MR allein zu einem signifikanten Anstieg führte und Rapamycin die Expressionsrate in Kombination mit der MR signifikant senkte. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit das Potenzial der Autophagiemodulation vor allem bei responsiven HNSCC-Tumorzellen auf. Auch die MR konnte in vitro vielversprechende Ergebnisse liefern. Die kontextabhängigen Auswirkungen der Autophagie auf das Tumorwachstum bedeuten allerdings auch eine Menge offener Fragen, die es in Zukunft zu klären gilt, bevor die Autophagiemodulation Einzug in die klinische Praxis der Tumortherapie erhalten kann. Ausschlaggebend für die Weiterentwicklung effektiver Therapien wird unter anderem ein verbessertes Verständnis über intrinsische und extrinsische Resistenzmechanismen sein und welche Rolle die Autophagie dabei einnimmt.
Diese retrospektive Studie untersuchte Patientenakten des elektronischen Karteikartensystems einer privaten Zahnarztpraxis von Patienten, welche zur Kontrolluntersuchung oder wegen Schmerzen vorstellig waren. Ziel der Studie war das Entwickeln von Methoden zur Vorhersage der Behandlungszeit für zukünftige Termine anhand verschiedener Patienteninformationen. Mittels statistischer deskriptiver Auswertung wurden die erfassten Daten untersucht und Korrelationen in Hinblick auf die Behandlungsdauer zwischen den verschiedenen Attributen hergestellt. Es wurden verschiedene Methoden zur Vorherbestimmung der Behandlungsdauer aufgestellt und auf ihr Optimierungspotential getestet. Die Methode mit dem höchsten Optimierungswert war ein Ansatz maschinellen Lernens. Der entworfene Algorithmus berechnete Behandlungszeiten der Testgruppe anhand eines Neuronalen Netzes, welches durch Trainieren mit den Daten der Untersuchungsgruppe erstellt wurde.
Das orale Plattenepithelkarzinom (OSCC) ist eine Krebserkrankung des Menschen mit insgesamt schlechter Prognose. Die häufigsten Risikofaktoren für das Entstehen eines OSCCs sind dabei Alkohol- und Nikotinabusus. Die Vorstellung der Patient*innen erfolgt häufig erst in fortgeschrittenen Stadien, was lokale Destruktionen wie die Infiltration von Kieferknochen (kAD) bedingt. Für die Festlegung des Tumorausmaßes und der Operationsplanung kommt daher der Detektion solch einer kAD eine besondere Bedeutung im Rahmen der Staginguntersuchungen beim OSCC zu. Die Güte der Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) bezüglich der Detektion einer kAD sind gut untersucht. Anders sieht es bei der Digitalen Volumentomographie (CBCT) aus. Sie scheint aufgrund des hohen Auflösungsvermögens prima vista gut geeignet für die Detektion einer kAD beim OSCC zu sein, bisher fehlen jedoch Studien, die den Nutzen der CBCT bei der Detektion einer kAD belegen. Es ist daher Ziel vorliegender Arbeit, zu zeigen, dass die CBCT der CT und MRT bei der Detektion einer kAD nicht unterlegen ist. Im Rahmen vorliegender Arbeit wurden daher die CBCT-, CT- und MRT-Aufnahmen von 153 Patient*innen, die an einem OSCC erkrankt sind, mit einem 3-Punkte System (0 = keine kAD, 1 = knöcherne Arrosion und 2 = knöcherne Destruktion) nachuntersucht. Zur Überprüfung der bildgebenden Verfahren wurde die histologische Untersuchung als Goldstandard oder ein Follow-Up über mindestens sechs Monate herangezogen. Das Ergebnis ergab für die CBCT eine Sensitivität von 95,6 %, eine Spezifität von 87,0 % und eine Accuracy von 89,5 %. Für die CT lagen diese Werte bei 84,4 %, 91,7 % und 89,0 % und für die MRT bei 88,9 %, 91,7 % und 90,8 %. Es konnte damit gezeigt werden, dass alle drei bildgebenden Verfahren mit hoher Sensitivität und Spezifität eine kAD detektieren können. Kein Verfahren war einem anderen über- oder unterlegen. Die Haupthypothese vorliegender Arbeit, dass die CBCT weder der CT noch der MRT bei der Detektion einer kAD unterlegen ist, wurde bestätigt und angenommen. Die Daten sprechen weiter dafür, dass die CBCT routinemäßig zur Detektion einer kAD herangezogen werden kann. Dies ist besonders zu unterstützen, da die CBCT frühzeitig, im besten Fall bei Erstvorstellung der Patient*innen, durchgeführt werden und Aufschluss über das operative Ausmaß geben kann.
Das orale Plattenepithelkarzinom zählt zu den häufigen Krebserkrankungen in Deutschland. Das Vorhandensein von zervikalen Lymphknotenmetastasen ist dabei einer der wichtigsten prognostischen Faktoren.
Für die Therapieplanung ist eine zuverlässige präoperative Diagnostik unerlässlich. Etablierte bildgebende Stagingverfahren (Sonographie, MRT, CT) orientieren sich allein an morphologischen Kriterien. Die PET/CT verspricht durch die Kombination funktioneller und morphologischer Verfahren die Detektion lymphoregionärer Metastasen. Ein weiterer Vorteil scheint der Nachweis simultaner Zweitmalignome und Fernmetastasen zu sein.
135 Patienten mit einem primären oralen Plattenepithelkarzinom erhielten im Rahmen der präoperativen Staginguntersuchungen eine PET/CT-Untersuchung. Untersucht wurde der korrekte Nachweis (Sensitivität) bzw. Ausschluss (Spezifität) zervikaler Lymphknotenmetastasen sowie die Detektion (Trefferquote) von simultanen Zweitmalignomen durch die PET/CT.
Die PET/CT zeigte eine Sensitivität von 82,9 % und eine Spezifität von 84 %. Simultane Zweitmalignome wurden mit einer Trefferquote von 62,5 % durch die PET/CT erkannt.
Das diagnostische Potenzial konnte in unserer Studie bestätigt werden. Vergleichende Studien zu den etablierten bildgebenden Verfahren wären wünschenswert.
ABC-Transporter sind ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung von Resistenzen gegen Chemotherapeutika. Ziel dieser Studie war es, die Resistenzentwicklung in HNSCC-Zelllinien im Zusammenhang mit verschiedenen Cisplatinkozentrationen und Inkubationszeiten zu analysieren, sowie die Expression von ABC-Transportern via semi-quantitativer RT-PCR in diesen Zellen zu untersuchen. Die Zellen zeigten dabei keine relevante Resistenzentwick-lung im Sinne eines Anstiegs der IC50. Bei drei der Zelllinien konnte jedoch eine hohe intrin-sische Cisplatinresistenz beobachtet werden. Diese resistenten Zelllinien wiesen nach Inku-bation mit Cisplatin deutlich höhere Expressionswerte für TAP1, TAP2, ABCG2 sowie die ABCC-Transporterfamilie auf. Dabei zeigte sich, dass die Expression der ABCC-Familie mit zunehmender Inkubationsdauer abnahm. TAP1 in PCI-9 und PCI-68 war auch noch nach vierwöchiger Inkubation stark überexprimiert.
Die initiale IC50 dieser Zelllinien lag dabei deutlich über der Plasmakonzentration von Pati-enten mit Hochdosis-Chemotherapie. Die Expression der Transporter aus der ABCC-Familie ließ die Vermutung zu, dass diese Transporter initial zur Resistenz gegen Cisplatin beitrugen, allerdings mit zunehmender Inkubationsdauer an Bedeutung verloren. Diese Annahme wurde dadurch gestützt, dass die HNSCC-Zelllinien nach einem inkubationsfreien Intervall von vier Wochen im Anschluss an die Inkubation mit Cisplatin deutliche Überexpressionen der ABCC-Transporterfamilie zeigten. Auch für Transporter (ABCG2 und TAP-Transporter), die keine Effluxfunktion für Cisplatin besitzen, konnte ein Zusammenhang der Expression mit der Resistenz der HNSCC-Zellen beobachtet werden. Der Beitrag dieser Transporter zur Resistenz von Tumorzellen könnte über deren Funktionen im Metabolismus von Tumorzel-len, deren Fähigkeiten Tumorstammzellen zu bilden und dem Efflux endogener Zellstress verursachender Substrate erklärt werden. Allerdings werden diese Transporter erst seit kur-zem mit Resistenzen gegen Cisplatin in Verbindung gebracht. Aufbauend auf diese Studie wäre eine Verifizierung der Kausalität des Resistenzmechanismus durch knock-down und Inhibition der von uns untersuchten Transporter sinnvoll.
Oroantral communication (OAC) is a common complication after tooth extraction of upper molars. Profound preoperative panoramic radiography analysis might potentially help predict OAC following tooth extraction. In this exploratory study, we evaluated n = 300 consecutive cases (100 OAC and 200 controls) and trained five machine learning algorithms (VGG16, InceptionV3, MobileNetV2, EfficientNet, and ResNet50) to predict OAC versus non-OAC (binary classification task) from the input images. Further, four oral and maxillofacial experts evaluated the respective panoramic radiography and determined performance metrics (accuracy, area under the curve (AUC), precision, recall, F1-score, and receiver operating characteristics curve) of all diagnostic approaches. Cohen's kappa was used to evaluate the agreement between expert evaluations. The deep learning algorithms reached high specificity (highest specificity 100% for InceptionV3) but low sensitivity (highest sensitivity 42.86% for MobileNetV2). The AUCs from VGG16, InceptionV3, MobileNetV2, EfficientNet, and ResNet50 were 0.53, 0.60, 0.67, 0.51, and 0.56, respectively. Expert 1–4 reached an AUC of 0.550, 0.629, 0.500, and 0.579, respectively. The specificity of the expert evaluations ranged from 51.74% to 95.02%, whereas sensitivity ranged from 14.14% to 59.60%. Cohen's kappa revealed a poor agreement for the oral and maxillofacial expert evaluations (Cohen's kappa: 0.1285). Overall, present data indicate that OAC cannot be sufficiently predicted from preoperative panoramic radiography. The false-negative rate, i.e., the rate of positive cases (OAC) missed by the deep learning algorithms, ranged from 57.14% to 95.24%. Surgeons should not solely rely on panoramic radiography when evaluating the probability of OAC occurrence. Clinical testing of OAC is warranted after each upper-molar tooth extraction.
Positional plagiocephaly (PP) is the most common skull deformity in infants. Different classification systems exist for graduating the degree of PP, but all of these systems are based on two-dimensional (2D) parameters. This limitation leads to several problems stemming from the fact that 2D parameters are used to classify the three-dimensional (3D) shape of the head. We therefore evaluate existing measurement parameters and validate a newly developed 3D parameter for quantifying PP. Additionally, we present a new classification of PP based on a 3D parameter. 210 patients with PP and 50 patients without PP were included in this study. Existing parameters (2D and 3D) and newly developed volume parameters based on a 3D stereophotogrammetry scan were validated using ROC curves. Additionally, thresholds for the new 3D parameter of a 3D asymmetry index were assessed. The volume parameter 3D asymmetry index quantifies PP equally as well as the gold standard of 30° diagonal difference. Moreover, a 3D asymmetry index allows for a 3D-based classification of PP. The 3D asymmetry index can be used to define the degree of PP. It is easily applicable in stereophotogrammetric datasets and allows for comparability both intra- and inter-individually as well as for scientific analysis.
Associations between periodontitis and COPD: An artificial intelligence-based analysis of NHANES III
(2022)
A number of cross-sectional epidemiological studies suggest that poor oral health is associated with respiratory diseases. However, the number of cases within the studies was limited, and the studies had different measurement conditions. By analyzing data from the National Health and Nutrition Examination Survey III (NHANES III), this study aimed to investigate possible associations between chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and periodontitis in the general population. COPD was diagnosed in cases where FEV (1)/FVC ratio was below 70% (non-COPD versus COPD; binary classification task). We used unsupervised learning utilizing k-means clustering to identify clusters in the data. COPD classes were predicted with logistic regression, a random forest classifier, a stochastic gradient descent (SGD) classifier, k-nearest neighbors, a decision tree classifier, Gaussian naive Bayes (GaussianNB), support vector machines (SVM), a custom-made convolutional neural network (CNN), a multilayer perceptron artificial neural network (MLP), and a radial basis function neural network (RBNN) in Python. We calculated the accuracy of the prediction and the area under the curve (AUC). The most important predictors were determined using feature importance analysis. Results: Overall, 15,868 participants and 19 feature variables were included. Based on k-means clustering, the data were separated into two clusters that identified two risk characteristic groups of patients. The algorithms reached AUCs between 0.608 (DTC) and 0.953% (CNN) for the classification of COPD classes. Feature importance analysis of deep learning algorithms indicated that age and mean attachment loss were the most important features in predicting COPD. Conclusions: Data analysis of a large population showed that machine learning and deep learning algorithms could predict COPD cases based on demographics and oral health feature variables. This study indicates that periodontitis might be an important predictor of COPD. Further prospective studies examining the association between periodontitis and COPD are warranted to validate the present results.
Bone concentration of ampicillin/sulbactam: a pilot study in patients with osteonecrosis of the jaw
(2022)
Osteonecrosis of the jaw (ONJ) occurs typically after irradiation of the head and neck area or after the intake of antiresorptive agents. Both interventions can lead to compromised bone perfusion and can ultimately result in infection and necrosis. Treatment usually consists of surgical necrosectomy and prolonged antibiotic therapy, usually through beta-lactams such as ampicillin/sulbactam. The poor blood supply in particular raises the question as to whether this form of antibiosis can achieve sufficient concentrations in the bone. Therefore, we investigated the antibiotic concentration in plasma and bone samples in a prospective study. Bone samples were collected from the necrosis core and in the vital surrounding bone. The measured concentrations in plasma for ampicillin and sulbactam were 126.3 ± 77.6 and 60.2 ± 35.0 µg/mL, respectively. In vital bone and necrotic bone samples, the ampicillin/sulbactam concentrations were 6.3 ± 7.8/1.8 ± 2.0 µg/g and 4.9 ± 7.0/1.7 ± 1.7 µg/g, respectively. These concentrations are substantially lower than described in the literature. However, the concentration seems sufficient to kill most bacteria, such as Streptococci and Staphylococci, which are mostly present in the biofilm of ONJ. We, therefore, conclude that intravenous administration of ampicillin/sulbactam remains a valuable treatment in the therapy of ONJ. Nevertheless, increasing resistance of Escherichia coli towards beta-lactam antibiotics have been reported and should be considered.
Medication-related osteonecrosis of the jaw (MRONJ) represents an adverse side effect of antiresorptive and antiangiogenic medications. It is associated with impaired quality of life, oral health, and oral function and can be classified into various stages. The purpose of this prospective clinical study is to evaluate the impact of stages I and II MRONJ on oral-health-related quality of life (OHRQoL) and related parameters. Patients’ OHRQoL, satisfaction with life, oral discomfort, and oral health were assessed using the German version of the Oral Health Impact Profile (OHIP-G49), visual analog scales (VAS), and Satisfaction with Life Scale (SWLS) at baseline (T0), 10 days (T1), and 3 months after treatment (T2) in 36 patients. Data were analyzed using Kolmogorov–Smirnov test, two-way mixed ANOVAs, and follow-up Mann–Whitney U tests. The impact of treatment effects on the original seven OHIP domain structures and the recently introduced four-dimensional OHIP structure were evaluated using linear regression analysis. Thirty-six patients received surgical MRONJ treatment. Before treatment, patients’ perceived OHRQoL, oral discomfort, oral health, and satisfaction with life were negatively affected by MRONJ. Surgical treatment significantly improved OHRQoL and related parameters (all p ≤ 0.012). This improvement was greater in patients with higher impairment at T0. OHRQoL and oral restrictions were still impaired after treatment in patients who needed prosthetic treatment. The four-dimensional structure revealed valuable information beyond the standard seven OHIP domains. Increased awareness of MRONJ risks and an interdisciplinary treatment approach for MRONJ patients are needed.
All forms of restriction, from caloric to amino acid to glucose restriction, have been established in recent years as therapeutic options for various diseases, including cancer. However, usually there is no direct comparison between the different restriction forms. Additionally, many cell culture experiments take place under static conditions. In this work, we used a closed perfusion culture in murine L929 cells over a period of 7 days to compare methionine restriction (MetR) and glucose restriction (LowCarb) in the same system and analysed the metabolome by liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS). In addition, we analysed the inhibition of glycolysis by 2-deoxy-D-glucose (2-DG) over a period of 72 h. 2-DG induced very fast a low-energy situation by a reduced glycolysis metabolite flow rate resulting in pyruvate, lactate, and ATP depletion. Under perfusion culture, both MetR and LowCarb were established on the metabolic level. Interestingly, over the period of 7 days, the metabolome of MetR and LowCarb showed more similarities than differences. This leads to the conclusion that the conditioned medium, in addition to the different restriction forms, substantially reprogramm the cells on the metabolic level.
Die Krebserkrankung ist bis zum heutigen Zeitpunkt eine große Belastung in unserer Gesellschaft. Obwohl es stets Fortschritte in der Entwicklung neuer Therapiemöglichkeiten gibt, stellt die Behandlung auch in der modernen Medizin eine enorme Herausforderung dar. Darum besteht bis heute ein hoher Bedarf an neuen und weiterentwickelten Behandlungsmöglichkeiten.
Um die Proliferation einer neoplastischen Zelle zu beeinflussen, stellen die Biomasse und die Energie einen grundlegenden Ansatz dar. Hier bieten sich vor allem die Aminosäuren als wesentlicher Baustein der Zellmasse und der Energieträger „Glukose“ an, wodurch sich die beiden Ansätze einer Protein- bzw. Aminosäure-Restriktion und einer Glukose-Restriktion ergeben. Ziel ist es durch eine veränderte Stoffwechsellage einen Low-Energy-Metabolismus (LEM) zu induzieren, welcher die Zelle in einen sich selbst regenerierenden, antiproliferativen Zustand versetzt.
Zusätzlich sollte untersucht werden, ob sich die beiden Ansätze grundsätzlich als Therapieform gegen das Plattenepithelkarzinom (HNSCC) eignen. Zudem sollte ein Modell einer humanen Zelllinie erstellt werden, mit Hilfe dessen sich ein LEM auf metaboler Ebene charakterisieren lässt.
Die Ergebnisse zeigen, dass Zellen unter konstanter Glukose-Restriktion teils sensitiver auf Todesliganden reagieren. Außerdem wirken Kalorien-Restriktions-Mimetika antiproliferativ auf HNSCC Zellen. Hinzu kommt, dass eine Methionin-Restriktion Einfluss auf die Genexpression jener Gene hat, die mit der LEM-Signalkaskade in Zusammenhang stehen. Zuletzt lieferte die massenspektrometrische Analyse von mehr als 150 Metaboliten der humanen Zelllinie HeLa ein detailliertes Bild ihres Metabolismus unter Methionin-Restriktion. Durch die Definition eines charakteristischen Fingerabdrucks nach 72 h und eines kleinen Fußabdrucks aus wenigen Metaboliten, konnte ein humanes Modellsystem etabliert werden, dass zukünftig u.a. die schnelle Analyse von Kalorien-Restriktions-Mimetika ermöglicht.
Eine prämature Kraniosynostose bezeichnet eine vorzeitige Verknöcherung einer oder mehrerer Schädelnähte. Ihre Entstehung ist von multiplen Faktoren abhängig. So scheinen genetische Faktoren, das Rauchen der Mutter oder die Einnahme bestimmter Medikamente in der Schwangerschaft, Schilddrüsen- und Stoffwechselerkrankungen einen Einfluss zu haben. Die Koronarnahtsynostose stellt mit einer Inzidenz von 20 % die zweithäufigste Form der prämaturen Synostosen dar. Bei dem vorzeitigen unilateralen Nahtverschluss kommt es zur Entwicklung eines anterioren Plagiozephalus. Bei einer beidseitigen Koronarnahtsynostose entsteht ein brachy-turrizephaler Schädel. Die frühzeitige Diagnose ist wichtig, damit die betroffenen Kinder frühestmöglich in ein optimales Betreuungs- und Therapiekonzept eingebunden werden können. Bei Einzelnahtsynostosen sind meist bereits die untersuchten klinischen Parameter zur Diagnosestellung ausreichend und sollten um eine Sonographie und Röntgenaufnahmen in zwei Ebenen erweitert werden. Eine Indikation zur operativen Intervention stellt der Nachweis einer pathologischen intrakraniellen Drucksteigerung dar. Das Frontoorbitale Advancement ist die Operationstechnik der Wahl bei der Koronarnahtsynostose.
Ziel der vorliegenden Dissertationsarbeit war die Weiterentwicklung bestehender kephalometrischer und kraniometrischer Messverfahren nach Slomic et al.. Dabei sollten der operative Therapieerfolg und der weitere Verlauf hinsichtlich einer Rezidivgefahr bewertet werden. In der vorliegenden Arbeit wurden Röntgenbilder des Carniofacialen Centrums Würzburg kraniometrisch ausgewertet. Das Patient*innenkollektiv wurde in zwei Gruppen untergliedert, und zwar Patient*innen mit einseitiger, nonsyndromaler Koronarnahtsynostose und Patient*innen mit beidseitiger, syndromaler Koronarnahtsynostose. Zur statistischen Auswertung erfolgte in beiden Patient*innengruppen die Untersuchung der Röntgenbilder zu vier festgelegten Zeitpunkten (00, 01, 02, 03). Die statistische Auswertung erfolgte mit dem Programm SPSS. Untersucht wurden der Gruppeneffekt und der Zeiteffekt hinsichtlich der 13 Strecken (LI, BRSt, BRPa, NO, PIS; SN, PIN, HI, NSt, SBR, PIBR, WI, AS) und fünf Winkel (ANS, SNBR, PIBRPa, BRNST, PISN). Da es in der Literatur eine unzureichende Erfassung von Strecken und Winkeln gibt, die die Veränderungen des Schädelwachstums erfassen, wurden die Strecken BRSt, BRPa, NSt, PIBR und AS sowie die fünf oben genannten Winkel neu definiert und entwickelt. Für die Röntgenzeitpunkte 00 und 01 zeigten sich für die Strecken und Winkel LI, BRSt, HI, NSt, SBR, PIBR, WI, PIBRPa und BRNST signifikante Unterschiede. Dies kann als OP-Erfolg gewertet werden. Der Kopf wird intraoperativ flacher und schmäler. Im weiteren Verlauf zeigte sich bei den Strecken BRSt, HI, PIBR und WI sowie bei den Winkeln PIBRPa und BRNST ein signifikanter Unterschied. Der Kopf wächst rezidivierend turrizephal. Im weiteren Untersuchungszeitraum wurde lediglich für die Strecken BRPa und AS ein signifikanter Unterschied ausgemacht. Zum einen Anzeichen eines im Wachstumsverlauf einsetzenden Rezidivs. Der Kopf wird wieder turrizephaler (BRPa). Zum anderen ist es Ausdruck einer beginnenden Mittelgesichtshypoplasie (AS). Weiterhin konnte über die Strecken SBR und PIBR gezeigt werden, dass Patient*innen mit beidseitiger Synostose eine turrizephalere Kopfform als die Vergleichsgruppe mit einseitiger Synostose aufweisen. Auffällig war außerdem das Ergebnis der beiden Winkel ANS und SNBR. Sie belegen, dass Patient*innen mit beidseitiger Synostose und Syndrom eine Mittelgesichtshypoplasie aufweisen. Als Fazit lässt sich sagen, dass die Strecken LI, BRSt, BRPa, HI, SBR, WI und AS sowie die Winkel SNBR, PIBRPa und ANS für weitere Untersuchungen geeignet scheinen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Methionin-Restriktion für die HNSCC-Zelllinien FaDu, Detroit, SCC9, SCC25 sowie die Kontrollzelllinien HeLa und HaCaT durchgeführt. Ziel war es, grundlegende Erkenntnisse im Hinblick auf die Methionin-Restriktion für weitere Forschungsprojekte zu erlangen. Die Methionin- Restriktion wird in der Forschung als eine mögliche moderne Strategie in der Tumortherapie diskutiert. In dieser Arbeit wurden folgende Aspekte betrachtet:
Die Auswirkungen der Methionin-Restriktion auf die Zellproliferation wurden untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass durch Methionin-Restriktion über einen gewissen Zeitraum die Zellproliferation gehemmt werden kann. Es wurden für die jeweilige Zelllinie Standardbedingungen definiert. In einem weiteren Schritt wurde die Auswirkung der Methionin-Restriktion auf die Autophagie der Zellen betrachtet. Im Hinblick auf die Autophagie konnten keine klaren Tendenzen für die Zellen herausgearbeitet werden, sodass hierzu weiterführende Arbeiten notwendig sind. In weiteren Untersuchungen wurde der Einfluss der Methionin-Restriktion auf den Insulin- like-Growth-Factor-1 (IGF-1) und Insulin-like-Growth-Factor-Binding-Protein-1 (IGFBP1) untersucht. IGF-1 ist maßgeblich an der Steuerung des Zellwachstums beteiligt. Diesbezüglich werden für die einzelnen Zelllinien unterschiedliche Auswirkungen erkennbar. Zytokine wie Interleukin-8 vermitteln Zellproliferation, Wachstum und ein entzündliches Milieu für die Zelle. Diese Faktoren gelten als Tumor- fördernd. Unter Methionin-Restriktion wurde tendenziell mehr Interleukin-8 gebildet. In einem weiteren Ansatz wurde die Wirksamkeit des Zytostatikums Cisplatin untersucht. Die Wirksamkeit von Cisplatin wird durch die Methionin-Restriktion nicht signifikant gefördert. Allerdings wird der zytostatische Effekt durch die Methionin-Restriktion auch nicht abgeschwächt. Weiterhin ist die Analyse des Methionin-Analogons Ethionin erfolgt. Teilweise hat Ethionin einen hemmenden Einfluss auf die Zellproliferation. Die Ergebnisse müssen jedoch genau und vor allem konzentrationsspezifisch für die unterschiedlichen Zelllinien betrachtet werden.
Die Methionin-Restriktion gilt prinzipiell als ein vielversprechender Ansatz im Rahmen der Tumortherapie des HNSCC. Es sind allerdings zahlreiche weitere Aspekte zuerörtern. Insbesondere die Vorgänge im Rahmen der Autophagie unter Methionin- Restriktion sowie Möglichkeiten zur Kompetition von Methionin sollten detaillierter betrachtet werden.