Kanurennsport ist in Deutschland eine der erfolgreichsten olympischen Sommersportarten und hat mit 12 potenziellen Goldmedaillenchancen eine hohe Bedeutung für den deutschen Spitzensport. In der nationalen als auch internationalen wissenschaftlichen Forschung ist Kanurennsport jedoch bis dato unzureichend untersucht. Dabei stellt Kanurennsport als eine der wenigen vorrangig durch die Oberkörpermuskulatur angetriebenen Sportarten eine Besonderheit dar. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt ist seit einigen Jahrzehnten die Erforschung der optimalen Verteilung der Trainingsintensität (engl. training intensity distribution; TID) für die Leistungsentwicklung von Ausdauerathlet:innen. Häufig wird die Trainingsintensität hierzu in einem Drei-Zonen-Modell kategorisiert, bei dem Zone (Z) 1 einer Intensität unterhalb der aeroben Schwelle, Z2 der Intensität zwischen der aeroben und anaeroben Schwelle und Z3 Intensitäten oberhalb der anaeroben Schwelle entspricht. Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass sich die TID nicht nur in Abhängigkeit von Sportart, Belastungsform, Trainingsstatus und Saisonphase unterscheidet, sondern auch in Abhängigkeit von der eingesetzten Quantifizierungsmethode (z.B. Herzfrequenz, Geschwindigkeit, Wattleistung, etc.). Für die Sportart Kanurennsport besteht bezüglich TID-Forschung großer Nachholbedarf, da bisherige Untersuchungen ausschließlich in Ausdauerportarten stattfanden, die hauptsächlich den Unterkörper (z.B. Radfahren, Laufen) oder Oberund Unterkörper (Schwimmen, Rudern) in die Vortriebsgenerierung einbinden. Bislang fehlen Informationen zu rein aus dem Oberkörper angetriebenen Sportarten. Als Grundlage für die Bestimmung der Trainingsintensitätszonen werden in Trainingspraxis und Forschung Stufentests zur Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme sowie der Leistung an der aeroben und anaeroben ventilatorisch- und/oder laktatbasierten Schwelle angewandt. Die Stufentest werden im Kanurennsport aktuell vorrangig mittels Labordiagnostik auf dem Kanu- Ergometer durchgeführt, da diese weniger stark durch die diversen Umwelteinflüsse (Wind, Wellen, Temperatur, Strömung, etc.) beeinträchtigt wird. Jedoch gibt es Hinweise, dass die Belastung auf dem Ergometer biomechanisch und physiologisch von der auf dem Wasser im Kanurennsport abweicht, sodass deren Mehrwert für die Diagnostik und die Trainingsplanung in Frage zu stellen ist. Ziel der vorliegenden kumulativen Dissertation war es (1) zu untersuchen, inwiefern eine laborbasierte Leistungsdiagnostik einer feldbasierten im Kanurennsport entspricht (Studie 1) und daraufhin die Methoden der Leistungsdiagnostik für die Studien 2 und 3 zu wählen; und (2) erste wissenschaftliche Erkenntnisse zur TID und deren Quantifizierungsmethodik in der Sportart Kanurennsport zu gewinnen (Studie 2 & 3). Diese sollten dann mit dem Wissensstand aus Sportarten, die obere und untere Extremitäten (z.B. Biathlon, Rudern) bzw. primär die unteren Extremitäten (z.B. Radsport, Laufen) für den Vortrieb einsetzen, abgeglichen werden. Zusammenfassend konnte zunächst in Studie 1 aufgrund von Unterschieden in der VO2, der Muskeloxygenierung im Musculus biceps brachii sowie im subjektiven Belastungsempfinden dargestellt werden, dass sich eine Belastung auf dem Wasser von der auf dem Ergometer unterscheidet und somit eine wasserbasierte Leistungsdiagnostik im Kanurennsport vorzuziehen ist. Die Ergebnisse aus den Studien 2 und 3 zeigten, dass die TID im Saisonverlauf variiert und im Mittel einen hohen Anteil (80–90%) niedrigintensiven Trainings (Z1) aufwies, wobei in der Vorbereitungsphase eine pyramidale TID Struktur (Z1>Z2>Z3) und in der Wettkampfvorbereitung die Tendenz zu einer vermehrt polarisierten Struktur (Z1>Z3>Z2) gefunden wurde. Somit weisen die Ergebnisse trotz der physiologischen sowie biomechanischen Unterschiede zu Sportarten, die Oberbzw. Ober- und Unterkörper bei der Vortriebsgenerierung einsetzen, eine vergleichbare TID Struktur im Kanurennsport auf. Es ist zu vermuten, dass der geringe Impact auf das Skelettmuskelsystem und die damit einhergehende Möglichkeit, sehr hohe Trainingsvolumen mit der vergleichsweise kleinen Oberkörpermuskulatur zu verwirklichen, diese TID-Struktur bedingen. Zudem konnte dargestellt werden, dass die Wahl der Quantifizierungsmethode (extern vs. intern; basierend auf physiologischen Parametern vs. Wettkampftempo) die Darstellung der TID beeinflusst. Für eine adäquate Vergleichbarkeit und den gezielten Einsatz muss insofern in der Forschung wie auch in den Sportarten ein Konsens über die Wahl der Quantifizierungsmethode erarbeitet werden. Es scheint zudem empfehlenswert die TID-Quantifizierungsmethode anhand der Trainingsphase auszuwählen, wobei sich in der allgemeinen und spezifischen Vorbereitungsperiode vorzugsweise eine TID Quantifizierung nach physiologischen Kenngrößen empfiehlt. Hierbei erscheint ein Mix aus HF-basierter Analyse für Z1 sowie für längere Belastungen in Z2 und geschwindigkeitsbasierter Analyse für Z3 sowie kürzere Belastungen der Z2 zweckmäßig. In der Wettkampfvorbereitung stellt sich dann zusätzlich eine Zoneneinteilung basierend auf dem Wettkampftempo als sinnvoll dar. Aufgrund der starken intra- und interindividuellen Variation der TID ist der individuelle Mehrwert der auf dem Gruppenmittelwert basierenden Ergebnisse jedoch zu hinterfragen und weist auf den Bedarf nach einer individuelleren Betrachtung der TID und ihrer Effekte hin. Genauso stellt sich ein starker Einfluss der allgemeinen physischen Aktivität sowie psychischer Belastungen auf die TID und ihre Effekte dar, der wiederrum die Notwendigkeit eines holistischen Betrachtungsansatzes für zukünftige Forschung aufzeigt. Außerdem gibt es im Allgemeinen eine große Wissenslücke in Bezug auf Athletinnen in der TIDForschung, weshalb die bisherigen Erkenntnisse für die Trainingsgestaltung weiblicher Athleten mit Vorsicht behandelt werden müssen.

In der Nuklearmedizin werden radioaktive Substanzen eingesetzt, um zu therapeutischen Zwecken gezielt bösartiges Gewebe zu zerstören oder in diagnostischen Anwendungen Stoffwechselvorgänge bildlich darzustellen. Die ionisierende Strahlung der eingesetzten Radionuklide kann jedoch auch DNA-Schäden in gesunden Zellen verursachen. DNA-Doppelstrangbrüche gehören dabei zu den kritischsten Läsionen, da sie schwer zu reparieren sind und eine fehlerhafte Reparatur zu Mutationen oder zum Zelltod führen kann. Während Radionuklidtherapien ist daher in Risikoorganen darauf zu achten, dass die deponierte Energie pro Masse, die Energiedosis, bestimmte Werte nicht überschreitet. Zu diesen Risikoorganen gehört auch das blutbildende System. Da eine Abschätzung der Energiedosis im Knochenmark häufig über die Bestimmung der Energiedosis im Blut als Surrogat erfolgt, ist deren Kenntnis von besonderem Interesse. In dieser Arbeit wurden daher Berechnungen der Energiedosis im Blut nach interner Bestrahlung durchgeführt und die Ergebnisse mit der Anzahl an strahlungsinduzierten DNA-Doppelstrangbrüchen in PBMCs korreliert. Zur Quantifizierung der DNA-Schäden wurden die Biomarker \(\gamma\)-H2AX und 53BP1 verwendet, die nach Entstehung eines Doppelstrangbruchs um diesen akkumulieren und sich durch Immunfluoreszenzfärbung als mikroskopische Foci sichtbar machen und quantifizieren lassen. Dadurch ermöglicht der \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Assay einen quantitativen Nachweis strahlungsinduzierter Doppelstrangbrüche. Somit konnten im Rahmen dieser Arbeit neue Kenntnisse über die Dosisabhängigkeit von DNA-Schäden in PBMCs während interner Bestrahlung mit unterschiedlichen Radionukliden sowohl ex vivo als auch in vivo gewonnen werden. Ex-vivo-Untersuchungen haben den Vorteil, dass sie unter gleichbleibenden, gut definierten Bedingungen durchgeführt werden können und somit eine Analyse der Induktion von Doppelstrangbrüchen bei festgelegten Energiedosen und einer konstanten Bestrahlungsdauer erlauben. In dieser Arbeit wurden Blutproben von gesunden Versuchspersonen durch Zugabe von Radionukliden in bestimmten Aktivitätskonzentrationen eine Stunde lang intern bestrahlt. Für die Bestrahlung wurden die \(\alpha\)-Emitter \(^{223}\)Ra und \(^{224}\)Ra, die \(\beta\)\(^{-}\)-Emitter \(^{177}\)Lu und \(^{90}\)Y, der \(\beta\)\(^{+}\)-Emitter \(^{68}\)Ga und der \(\gamma\)-Emitter \(^{99m}\)Tc verwendet. Der untersuchte Energiedosisbereich lag zwischen 5 mGy und 136 mGy. Nach der Bestrahlung von Blutproben mit \(\beta\)- beziehungsweise \(\gamma\)-Emittern wurde beobachtet, dass die Anzahl der strahlungsinduzierten \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Foci (RIF) in den PBMCs linear mit der Energiedosis im Blut ansteigt. Zudem zeigte sich, dass die Induktion der RIF unabhängig vom verwendeten Radionuklid und unabhängig von der Versuchsperson ist. Nach der Bestrahlung von Blutproben mit \(\alpha\)-Emittern waren zusätzlich zu den nach Expositionen mit \(\beta\)- beziehungsweise \(\gamma\)-Emittern beobachteten kleinen, runden Foci auch \(\gamma\)-H2AX+53BP1 enthaltende Spuren \(\alpha\)-Spuren) in den Zellkernen erkennbar, welche die Trajektorien der emittierten \(\alpha\)-Teilchen darstellten. Es konnte gezeigt werden, dass die Anzahl dieser \(\alpha\)-Spuren linear mit der Energiedosis im Blut zunimmt und damit ein geeigneter Parameter für die Biodosimetrie nach Expositionen mit \(\alpha\)-emittierenden Radionukliden ist. Auch in vivo wurde die Dosisabhängigkeit der DNA-Doppelstrangbrüche während der internen Bestrahlung durch Radionuklide mit unterschiedlichen Emissionseigenschaften untersucht. Aufgrund der neuen, vielversprechenden Entwicklungen von Radiopharmaka zur Therapie und Diagnostik des Prostatakarzinoms in den letzten Jahren wurden dafür Blutproben von Prostatakarzinom-Patienten während Therapie mit [\(^{177}\)Lu]Lu-PSMA I&T, während PET/CT-Diagnostik mit [\(^{68}\)Ga]Ga-PSMA I&T und während Therapie mit [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\) untersucht. Während Therapie mit [\(^{177}\)Lu]Lu-PSMA I&T zeigte sich, dass die Anzahl der RIF in den ersten Stunden nach Therapiebeginn durch eine lineare Anpassungskurve angenähert werden kann, die mit der Energiedosis im Blut ansteigt, gefolgt von einem Rückgang der RIF zu späteren Zeitpunkten, der durch die DNA-Reparatur erklärt werden kann. Die gesamte Energiedosis im Blut lag im Mittel bei (109 \(\pm\) 28) mGy. Der linear dosisabhängige Anstieg der RIF zu Therapiebeginn gleicht der dosisabhängigen Induktion der RIF ex vivo nach Bestrahlung mit \(\beta\)- und \(\gamma\)-emittierenden Radionukliden und kann gut mit der entsprechenden Ex-vivo-Kalibrierkurve beschrieben werden. Zu späteren Zeitpunkten (48 h und 96 h nach Verabreichung) konnte in dieser Arbeit eine lineare Korrelation zwischen der Anzahl der noch verbleibenden RIF und der Dosisleistung nachgewiesen werden. Eine signifikante Korrelation der Anzahl der RIF 96 h nach Verabreichung mit dem PSA-Wert deutet zudem darauf hin, dass ein Zusammenhang mit klinischen Parametern besteht. Ein signifikanter Anstieg der \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Foci konnte auch nach Verabreichung von [\(^{68}\)Ga]Ga-PSMA I&T für diagnostische PET/CT-Untersuchungen beobachtet werden, obwohl die Energiedosen im Blut bis zum PET/CT-Scan nur < 3 mGy betrugen. Im Vergleich zur Ex-vivo-Kalibrierkurve war die Steigung der linearen Anpassungskurve in vivo im Bereich < 3 mGy in dieser Studie etwa um ein Zehnfaches höher, was auf eine mögliche Hypersensitivität im Niedrigdosisbereich hindeuten könnte. Der Beitrag der CT zur Energiedosis im Blut konnte durch Ex-vivo-Experimente auf etwa 12 mGy abgeschätzt werden. Auch während Therapie mit [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\) lagen die berechneten Energiedosen im Blut im Niedrigdosisbereich < 17 mGy. Trotzdem konnten in dieser Studie erstmalig \(\alpha\)-Spuren in vivo nach der Verabreichung eines \(\alpha\)-emittierenden Radionuklids quantifiziert werden, deren Anzahl 3 h und 4 h nach Verabreichung des Radiopharmakons signifikant erhöht war. Auch zu späten Zeitpunkten, bis vier Wochen nach Therapiebeginn, waren noch \(\alpha\)-Spuren nachweisbar, was auf eine unvollständige Reparatur der komplexen, durch die \(\alpha\)-Teilchen induzierten DNA-Schäden hinweisen könnte. Leider erlaubte die geringe Anzahl an Patienten und Datenpunkten keine zuverlässigen Korrelationen mit der Energiedosis oder mit klinischen Parametern. Nachdem in dieser Arbeit gezeigt werden konnte, dass DNA-Schäden nach interner Bestrahlung mit \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-emittierenden Radionukliden mit Hilfe des \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Assays zuverlässig nachgewiesen und anhand der Schadensgeometrie unterschieden werden können, wäre es in Zukunft interessant, DNA-Schäden auch nach Bestrahlung mit Radionuklidgemischen zu untersuchen. Dies könnte sowohl im Hinblick auf den Nachweis von Inkorporationen bei Strahlenunfällen hilfreich sein als auch zu einem besseren Verständnis der Effekte bei Behandlungen mit Radionuklidgemischen beitragen, welche vielversprechende Möglichkeiten für nuklearmedizinische Therapien bieten. Zudem zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass insbesondere im für die Diagnostik relevanten Bereich sehr niedriger Energiedosen < 10 mGy weiterer Forschungsbedarf besteht. Durch die Untersuchung der dosisabhängigen Reparatur der durch interne Bestrahlung induzierten DNA-Schäden könnte beispielsweise analysiert werden, ob die Reparaturfähigkeit im Niedrigdosisbereich eingeschränkt ist. Außerdem wäre es gerade im Bereich niedriger Dosen von Interesse, zu untersuchen, inwiefern Beobachtungen ex vivo das Verhalten in vivo geeignet repräsentieren. Um die erhöhten statistischen Unsicherheiten im Niedrigdosisbereich zu reduzieren, könnten zukünftig Verbesserungen auf dem Gebiet der automatisierten Auswertung der \(\gamma\)-H2AX+53BP1 enthaltenden Foci und Spuren hilfreich sein. Weitere Ziele zukünftiger Forschungsvorhaben könnten gezielte Untersuchungen zu Korrelationen zwischen der dosisabhängigen Induktion und Reparatur von DNA-Schäden und klinischen Parametern sowie die Analyse von DNA-Schäden während mehrerer Therapiezyklen darstellen. In Zusammenhang mit der Analyse klinischer Parameter wäre es denkbar, dass biodosimetrische Auswertungen zukünftig auch zur personalisierten Therapieplanung oder auch zur Vorhersage des Therapieerfolgs dienen und somit langfristig zu einer Optimierung nuklearmedizinischer Therapien beitragen könnten.

According to the “canonical” paradigm of GPCR signaling, agonist-bound GPCRs only signal to the downstream adenylyl cyclase enzyme when they are seated at the plasma membrane. Upon prolonged binding of an agonist, receptor internalization usually takes place, leading to the termination of this downstream signaling pathway and activation of alternative ones. However, a set of recent studies have shown that at least some GPCRs (e.g. thyroid stimulating hormone receptor) continue signaling to adenylyl cyclase after internalization. In this study, I aimed to investigate canonical signaling by internalized μ opioid receptors (MORs), which are Gi-coupled receptors, using a fluorescence resonance energy transfer (FRET) sensor for cyclic AMP (cAMP) known as Epac1-camps. My results show that the cyclic AMP inhibition signal induced by the binding of DAMGO, a MOR agonist, persists after agonist washout. We hypothesized that this persistent signal might come from internalized DAMGO-bound receptors located in the endosomal compartment. To test this hypothesis, I used dynasore and Dyngo 4a, two dynamin inhibitors that are known to prevent clathrin-mediated endocytosis. Interestingly, dynasore but not Dyngo 4a pretreatment largely blunted the response to MOR activation as well as to adenylyl cyclase activation with Forskolin (FSK). In addition, DAMGO-induced cAMP signal remained persistent even in the presence of 30 M Dyngo 4a. These results might point to a complex interplay between clathrin-mediated internalization and MOR signaling. Further experiments are required to elucidate the mechanisms underlying the persistent MOR signaling and to fully clarify whether MORs are capable of Gi signaling in the endosomal compartment.

Bevor ein zellbasiertes GTMP erstmalig beim Menschen angewendet werden kann, müssen verschiedene notwendige nicht-klinische Studien durchgeführt werden. Wichtig ist hier u.a. die Untersuchung der Biodistribution im Tiermodel. Diese umfasst die Verteilung, das Engraftment, die Persistenz, die Eliminierung und gegebenenfalls die Expansion der humanen Zellen in verschiedenen Organen, meistens im Mausmodel. Deshalb wurde eine qPCR-basierte Analysenmethode entwickelt, mit der humane genomische DNA innerhalb von muriner genomischer DNA bestimmt werden kann, und entsprechend den regulatorischen Richtlinien der European Medicines Agency und des International Council for Harmonisation validiert. Anschließend wurde diese Methode innerhalb einer präklinischen worst-case Szenario Biodistributionsstudie angewendet. Das Ziel dieser Studie war die Untersuchung des Biodistributionsprofils von genetisch modifizierten Blood Outgrowth Endothelial Cells von Hämophilie A Patienten 24 Stunden und sieben Tage nach intravenöser Applikation einer Dosis von 2x106 Zellen. Die Isolation, genetische Modifikation und die Expansion der Zellen sollte entsprechend den Richtlinien der Guten Herstellungspraxis durchgeführt werden. Hierbei ist die Auswahl und Anwendung geeigneter und essentieller Rohstoffe wichtig. Gleichermaßen ist die Durchführung einer definierten Qualitätskontrollstrategie notwendig und die Patientenzellen sollten nur innerhalb von nicht-klinischen Studien eingesetzt werden, wenn alle Akzeptanzkriterien erfüllt wurden. Die Validierung der qPCR-Methode zeigte eine hohe Genauigkeit, Präzision und Linearität innerhalb des Konzentrationsintervalls von 1:1x103 bis 1:1x106 humanen zu murinen Genomen. Bei Anwendung dieser Methode für die Biodistributionsstudie konnten nach 24 Stunden humane Genome in vier der acht untersuchten Mausorgane bestimmt werden. Nach sieben Tagen konnten in keinem der acht Organe humane Genome nachgewiesen werden...

Structural equation modeling (SEM) has been used and developed for decades across various domains and research fields such as, among others, psychology, sociology, and business research. Although no unique definition exists, SEM is best understood as the entirety of a set of related theories, mathematical models, methods, algorithms, and terminologies related to analyzing the relationships between theoretical entities -- so-called concepts --, their statistical representations -- referred to as constructs --, and observables -- usually called indicators, items or manifest variables. This thesis is concerned with aspects of a particular strain of research within SEM -- namely, composite-based SEM. Composite-based SEM is defined as SEM involving linear compounds, i.e., linear combinations of observables when estimating parameters of interest. The content of the thesis is based on a working paper (Chapter 2), a published refereed journal article (Chapter 3), a working paper that is, at the time of submission of this thesis, under review for publication (Chapter 4), and a steadily growing documentation that I am writing for the R package cSEM (Chapter 5). The cSEM package -- written by myself and my former colleague at the University of Wuerzburg, Florian Schuberth -- provides functions to estimate, analyze, assess, and test nonlinear, hierarchical and multigroup structural equation models using composite-based approaches and procedures. In Chapter 1, I briefly discuss some of the key SEM terminology. Chapter 2 is based on a working paper to be submitted to the Journal of Business Research titled “Assessing overall model fit of composite models in structural equation modeling”. The article is concerned with the topic of overall model fit assessment of the composite model. Three main contributions to the literature are made. First, we discuss the concept of model fit in SEM in general and composite-based SEM in particular. Second, we review common fit indices and explain if and how they can be applied to assess composite models. Third, we show that, if used for overall model fit assessment, the root mean square outer residual covariance (RMS_theta) is identical to another well-known index called the standardized root mean square residual (SRMR). Chapter 3 is based on a journal article published in Internet Research called “Measurement error correlation within blocks of indicators in consistent partial least squares: Issues and remedies”. The article enhances consistent partial least squares (PLSc) to yield consistent parameter estimates for population models whose indicator blocks contain a subset of correlated measurement errors. This is achieved by modifying the correction for attenuation as originally applied by PLSc to include a priori assumptions on the structure of the measurement error correlations within blocks of indicators. To assess the efficacy of the modification, a Monte Carlo simulation is conducted. The paper is joint work with Florian Schuberth and Theo Dijkstra. Chapter 4 is based on a journal article under review for publication in Industrial Management & Data Systems called “Estimating and testing second-order constructs using PLS-PM: the case of composites of composites”. The purpose of this article is threefold: (i) evaluate and compare common approaches to estimate models containing second-order constructs modeled as composites of composites, (ii) provide and statistically assess a two-step testing procedure to test the overall model fit of such models, and (iii) formulate recommendation for practitioners based on our findings. Moreover, a Monte Carlo simulation to compare the approaches in terms of Fisher consistency, estimated bias, and RMSE is conducted. The paper is joint work with Florian Schuberth and Jörg Henseler.