Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie
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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.