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Das Glioblastom ist ein WHO Grad 4-Tumor und einer der häufigsten und zugleich agressivsten Hirntumoren im Erwachsenenalter. Trotz multimodaler Therapie, die eine neurochirurgische Resektion sowie eine adjuvante Radiochemotherapie und als neuen Therapieansatz eine Kombination aus Temozolomid und tumor treating fields umfasst, ist die Prognose weiterhin schlecht, sodass der Suche nach neuen therapeutischen Zielstrukturen eine maßgebliche Bedeutung zukommt. Für verschiedene Tumorentitiäten konnte gezeigt werden, dass die Überexpression einzelner onkogener Kinasen die Tumorprogression vorantreibt, wobei bei Glioblastomen gezeigt werden konnte, dass die Serin-Threonin-Kinase Pim1 eine wichtige Rolle in der Pathogenese einnimmt.
In den Fokus rücken zunehmend auch stammzellähnliche Tumorzellen, die eine Subpopulation innerhalb von Glioblastomen darstellen und das aggressive biologische Verhalten sowie die Resistenz gegenüber der Standardtherapie und eine hohe Rezidivrate vermitteln können.
In dieser Arbeit sollte dementsprechend basierend auf den bisherigen Erkenntnissen zu Pim1 sowie zur Bedeutung von Tumorstammzellen im malignen Geschehen der Einfluss der Serin-Threonin-Kinase Pim1 auf das Stammzellverhalten von Glioblastomzellen näher untersucht werden.
Durch den Vergleich von adhärent wachsenden Tumorzellen der Glioblastomzelllinie LN-18 mit stammzellähnlichen LN-18 Neurosphären konnte eine erhöhte relative mRNA-Expression von Pim1 und EGFR sowie der potentiellen Stammzellmarker Nestin, CD44, CD133 und Musashi-1 nachgewiesen werden. Die relative Proteinexpression von Pim1 sowie der Stammzellmarker Nestin, CD44, CD133 und Sox2 war in den Neurosphären im Vergleich zu den adhärent wachsenden LN-18 Zellen ebenfalls gesteigert. Diese Daten konnten durch die Immunfluoreszenz-Färbungen bestätigt werden.
Ein effizienter siRNA-vermittelter knockdown von Pim1 auf Proteinebene konnte in dieser Arbeit nicht erzielt werden, sodass keine Aussagen zu einer Regulation von Stammzell- und Differenzierungsmarker nach zielgerichteter genetischer Abschaltung von Pim1 getroffen werden konnten. Hier sind weiterführend Optimierungen notwendig oder der Einsatz spezieller CRISPR-Cas9-Verfahren zur genetischen Ausschaltung sinnvoll.
Die pharmakologische Inhibition von Pim1 mit LY294002 und TCS Pim1-1 führte zu einer signifikanten Reduktion der Neurosphärenformation sowie der Zellviabilität bei LN-18 Zellen, wodurch die in Vorarbeiten an adhärenten Glioblastomzellen gewonnenen Daten um Untersuchungen an stammzellartigen Glioblastomzellen erweitert wurden.
Zusammenfassend legen die in dieser Arbeit erhobenen Daten nahe, dass Pim1 das Stammzellverhalten von Glioblastomzellen beeinflusst, indem Pim1 Einfluss auf die Expression von Stammzellmarkern nimmt und seine Inhibition die Aufrechterhaltung einer Glioblastomstammzellpopulation beeinträchtigt, indem die Neurosphärenformation und die Viabilität der Zellen stark reduziert werden. Somit stellt Pim1 eine geeignete Zielstruktur für eine zielgerichtete Therapieoption beim Glioblastom dar, beispielsweise in Kombination mit der klassischen Radiochemotherapie. Zukünftige Studien müssen zeigen, inwieweit eine selektive Pim1-Inhibition tatsächlich Einfluss auf die Prognose von Patienten mit Glioblastom nimmt.
Modulation der biologischen Wirkung von MikroRNA-1 mittels chemischer Modifikation des RNA-Moleküls
(2021)
In vielen Malignitäten kann eine Dysregulation von miR beobachtet werden. Die reduzierte Expression dieser kleinen, nicht-codierenden RNA resultiert in verlängertem Tumorüberleben, einer gesteigerten Proliferationsrate, verbesserter Angiogenese und Metastasierung von Tumorzellen [1, 2]. Da miR-1 in ihrer Funktion als Tumorsuppressor mehrere onkogene Signal- und Effektorkaskaden supprimieren kann, ist die Erforschung ihres therapeutischen Potenzials von gesteigertem Interesse [1]. Dies zu realisieren eignen sich Prostatakarzinomzellen in besonderem Maße, da dort endogene miR-1 enorm herunterreguliert ist [157].
Die vorliegende Arbeit untersuchte die miR-1 Re-Expressionstherapie zur Hemmung der Tumorprogression auf molekularer Ebene an Prostatakarzinomzellen mit synthetischen miR-1 Molekülen. Darüber hinaus wurde die synthetische miR-1 durch unterschiedliche Substituenten modifiziert, um zu evaluieren ob diese Modifikationen Einfluss auf die biologische Wirkung auf die untersuchten Prostatakarzinomzelllinien haben. Ein weiterer Fokus lag dabei auf der Fragestellung, ob die Position und die chemischen Eigenschaften der Substituenten selbst einen Einfluss auf die miR-1 Effekte ausüben.
Es konnte gezeigt werden, dass die Wiederherstellung der intrazellulären miR-1 Spiegel durch die unmodifizierte, synthetische miR-1 bereits einen hemmenden Effekt auf das Tumorwachstum hatte. Ausserdem deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die chemisch synthetisierte und modifizierte miR-1, der unveränderten, synthetischen miR-1 in ihrer tumorsupprimierenden Funktion überlegen sein kann.
Die antiproliferative Wirksamkeit der modifizierten miR-1 Moleküle hing jedoch eher von der Position, als von der Art des modifizierten Nukleotids ab. Es konnte gezeigt werden, dass, unabhängig vom Substituenten, Modifikationen an vermutlich kritischen Positionen sogar ein gesteigertes Tumorwachstum zur Folge hatten. Substituenten an ungünstigen Positionen konnten zu Reduktion der antiproliferativen Effekte von miR-1-Molekülen und somit sogar zu vermehrten Tumorwachstum führen. Dies bietet die Möglichkeit, durch die Auswahl gut charakterisierter miR mit hohem antiproliferativem Potenzial maßgeschneiderte, synthetisch modifizierte miR für die zukünftige, individualisierte Therapie verschiedener Krebsentitäten zu entwickeln.
Diese vorgelegte Arbeit stellt eine Ausarbeitung des Vergleichs der medizinischen Entwicklung
und Lehren der abendländischen sowie der morgenländischen Kulturkreise insbesondere hinsichtlich des Bereichs der Anatomie dar. Der Fokus der Darstellungen liegt hierbei auf den
möglichen Einflüssen der verschiedenen Religionen, auf die geschichtliche Entwicklung und
den aktuellen Stand der medizinischen Forschung sowie die mögliche Beeinflussung
ebendieser durch religiöse und/oder kulturelle Strukturen hinsichtlich ihrer Förderung oder/und
Beeinträchtigung.
Diese Studie liefert einen umfassenden Überblick über die Assoziationen der fünf Adipokine Adiponektin, Chemerin, Galektin-3, Leptin und Resistin mit der Menge unterschiedlicher Fettkompartimente sowie metabolischer Risikofaktoren und Phänotypen. Dafür wurden Daten von 4116 Teilnehmern der bevölkerungsbasierten SHIP-TREND-Studie mittels multivariabler linearer und logistischer Regressionsmodelle analysiert.
Adipöse Teilnehmer weisen verglichen mit normalgewichtigen Probanden höhere Chemerin-, Galektin-3- und Leptinkonzentrationen sowie niedrigere Adiponektinkonzentrationen auf. Der Leberfettgehalt sowie die Menge des subkutanen (SAT)- und viszeralen Fettgewebes (VAT) waren jeweils unabhängig voneinander invers mit der Adiponektinkonzentration assoziiert. Zusätzlich konnten unabhängige positive Assoziationen zwischen dem Leberfettgehalt, der Menge des SAT und der Chemerinkonzentration sowie zwischen SAT und der Galektin-3- und Leptinkonzentration beobachtet werden. Bei körperlich inaktiven Teilnehmern vs. körperlich aktiveren Probanden wurde eine höhere Chemerin- und Leptinkonzentration festgestellt. Darüber hinaus wiesen Raucher vs. Nichtraucher eine höhere Chemerin- und Galektin-3-Konzentration sowie eine niedrigere Leptin- und Adiponektinkonzentration auf. Der Alkoholkonsum war positiv mit dem Adiponektin- und invers mit dem Resistinspiegel assoziiert. Alle untersuchten Adipokine zeigten zudem signifikante Assoziationen mit mindestens einem Lipidmarker auf. Mit Ausnahme von Resistin wurden für alle untersuchten Adipokine signifikante Assoziationen mit dem Glukosestoffwechsel festgestellt. Insgesamt war eine hohe Adiponektinkonzentration mit einem vorteilhaften Stoffwechselprofil verbunden, wohingegen eine hohe Chemerin-, Galektin-3- bzw. Leptinkonzentration mit ungünstigen Stoffwechselbedingungen assoziiert war. Interessanterweise scheint eine hohe Leptinkonzentration aber hauptsächlich auf Übergewicht hinzuweisen, wohingegen eine hohe Adiponektin- oder Chemerinkonzentration mit einem breiteren Spektrum metabolischer Phänotypen assoziiert ist. Galektin-3 und Resistin scheinen dagegen nur eine untergeordnete Rolle in Zusammenhang mit metabolischen Phänotypen zu spielen.
Insgesamt trägt die vorliegende Untersuchung zu einem besseren Verständnis der Assoziationen von Adipokinen mit unterschiedlichen Fettkompartimenten, Verhaltensrisikofaktoren und metabolischen Phänotypen bei. Allerdings ist bisher sehr wenig über das gesamte Spektrum der komplexen Physiologie der Adipokine bekannt. Daher sind weitere Studien erforderlich, um Klarheit in diese Zusammenhänge zu bringen.
In den letzten Jahren erhöhte sich die Inzidenz des humanen hepatozellulären Karzinoms in nicht-zirrhotischen Lebern bei gleichzeitigem Diabetes mellitus Typ 2 deutlich. Im Hepatokarzinogenesemodell nach intraportaler Pankreasinseltransplantation in der diabetischen Ratte konnte Prof. Dr. F. Dombrowski durch eine kombinierte Hyperinsulinämie und Hyperglykämie glykogen- und lipidreiche, klarzellige Herde induzieren, sogenannte clear cell foci (CCF), die sich in Langzeitexperimenten zu hepatozellulären Adenomen und Karzinomen entwickelten. Sowohl in den CCF als auch in humanen und rodenten hepatozellulären Karzinomen fand sich eine Heraufregulation des Transkriptionsfaktors carbohydrat-responsive element-binding proteins (ChREBP), der glukoseabhängig und insulinunabhängig Enzyme der Glykolyse und Lipogenese reguliert. Das Inseltransplantationsmodell wurde anschließend auf die Maus unter Verwendung von 70 transplantierten Inseln übertragen, wobei die Frequenz der CCF sehr niedrig und die Anzahl thrombosebedingten Leberzellnekrosen hoch war. Das primäre Ziel meiner Doktorarbeit war es, die Frequenz der CCF am Modelltier Maus zu steigern. Mit der These, eine erhöhte transplantierte Inselanzahl führt zu einer höheren Frequenz der CCF, modifizierte ich die Inselisolationsprozesse systematisch, um qualitativ hochwertige und vom exokrinen Pankreasgewebe bereinigte Inseln zu erhalten. Anschließend schloss ich anhand immunhistochemischer Reaktionen und Vitalitätstests mögliche schädliche Einflüsse der Isolation aus. Ich konnte somit die Anzahl auf 120 und 200 Inseln erhöhen, die Streptozotocin-diabetischen Wildtyp (WT) - und ChREBP-Knockout-Mäusen intraportal transplantiert wurden, ohne Leberzellnekrosen zu induzieren. Nicht-transplantierte Kontrollgruppen blieben vier Wochen lang hyperglykämisch. Nach einer und nach vier Wochen konnte ich klarzellige Leberherde in transplantierten WT-Mäusen histologisch, immunhistochemisch und elektronenmikroskopisch nachweisen, die den klassischen CCF entsprachen. Durch Erhöhung der Inselzahl konnte ich eine tendenziell jedoch nicht signifikant erhöhte Frequenz der CCF erreichen. Nach vier Wochen kam es bei diabetischen transplantierten ChREBP-Knockoutmäusen ebenfalls zur Induktion klarzelliger Herde, die sich durch eine enorme Glykogenakkumulation, fehlende Lipidspeicherung und eine erniedrigte Proliferationsaktivität von den WT-CCF unterschieden. Durch diese Ergebnisse konnte ChREBP als Vermittler zwischen proliferationsärmeren, glykogenreichen und proliferationsaktiveren, lipidreicheren hepatischen Läsionen charakterisieren. Das primäre Ziel meiner Doktorarbeit, die Frequenz der CCF signifikant zu erhöhen, konnte nicht erreicht werden, jedoch durch ein verringertes Transplantatvolumen der Weg für Folgeexperimente mit erhöhter Inselzahl sowie für Langzeitexperimente geebnet werden.
Seas and oceans are essential for the global ecosystem. Entire societies, economies and countless livelihoods rely on their good environmental status. Yet, pressures on marine environments are increasing. An extensive assessment and monitoring of marine habitats is a vital precondition for understanding these systems and their sustainable conservation. Remote sensing methods can temporally accelerate the mapping, improve the spatial resolution and support the interpretation of large areas. Hydroacoustic becomes the method of choice for areas deeper than the coastal zone as optical signals are limited by strong attenuation in the water column. Apart from depth measurements for the creation of bathymetric charts, the recording of backscatter strength is useful for the characterization of the seafloor surface. The direct influence of the inhabiting benthic community on the backscattered signal is rarely considered, although it can be utilized for the detection of benthic life. Information about habitat-specific backscatter responses or a hydroacoustic remote sensing catalog for benthic habitats is missing so far.
The multibeam echosounder (MBES) has the advantage of recording both, bathymetry and backscatter strength simultaneously with related incidence angle. Further, recent technological developments allow to change between frequencies. Angular range curves supported the quantification of backscatter strength of different frequencies. Acoustic data sets were complemented by ground truthing in form of sedimentological and biological samples as well as video profiles. Study areas were located offshore the island of Sylt in the North Sea as well as in vicinity to Oder Bank and close to the coast offshore Hohe Düne/Rostock, both in the Baltic Sea. Investigated habitats included sand areas inhabited by tubeworms, loose mussel clusters on top of sand areas, seagrass meadows, coarse sand and gravel areas, and a reef covered by mussels.
Multifrequency backscatter maps, combining frequencies between 200 kHz and 700 kHz, illustrate small-scale features at the seafloor not visible in monofrequent maps. Key habitats showed a specific backscatter response, which can partly be related to macrobenthic flora and fauna. Data sets recorded with a (partly calibrated) MBES in three different month (May, August, October) revealed that backscatter strength can further detect spatial as well as temporal habitat dynamics. Alterations in the sediment composition at the seafloor surface of the ecologically valuable coarse sand and gravel areas were caused by seasonal changes in local hydrodynamics.
A newly developed 3D seismic lander has the ability to support hydroacoustic remote sensing as an additional, non-destructive ground truthing method utilizing a high frequency of 130 kHz to image the shallow subsurface. Buried objects, e.g., stones, shells, fruit gummy worms, as well as sediment disturbances could be detected and visualized in a laboratory experiment. The 3D seismic lander is likely to improve the investigation of volume scatter contribution to backscatter strength and is potentially applicable for the imaging of bioturbation.
Das Ziel der vorliegenden Studie bestand darin, die Morphologie der Nasenhöhle und insbesondere der Conchae nasales zweier Primatenspezies, die unterschiedlichen Unterfamilien der geschwänzten Altweltaffen (Cercopithecoidea) angehören, morphometrisch zu untersuchen und zu vergleichen. Die Untersuchungen erfolgten an mazerierten adulten Schädeln beiderlei Geschlechts von Japanischen Makaken (10 Präparate) und Mantelaffen (13 Präparate). Während die Japanischen Makaken (Macaca fuscata) typischerweise einen Sinus maxillaris aufweisen, sind bei den Mantelaffen (Colobus guereza) keine Nasennebenhöhlen nachweisbar. Vor diesem Hintergrund sollte weiterhin geprüft werden, inwiefern das Vorhandensein eines Sinus maxillaris die Morphologie der Nasenhöhle und der Conchae nasales beeinflusst.
Die Messungen erfolgten an definierten koronaren DVT- bzw. CT-Schichtaufnahmen der Schädelpräparate. Dazu wurden die Datensätze mit der 3D MPR-Funktion des Programms RadiAnt® Dicom Viewer (Vers. 5.5.0, Medixant) so ausgerichtet, dass die Horizontalebene durch die Messpunkte Prosthion und Spina nasalis posterior verlief. Diese Ebene wurde nachfolgend als Nasenbodenebene bezeichnet. Senkrecht zur Nasenbodenebene wurden koronare Messebenen definiert, die entsprechend der palatinalen Wurzeln der Oberkieferzähne des zweiten Prämolaren bis zum dritten Molaren positioniert wurden. Die so definierten koronaren Schichtaufnahmen bildeten die Grundlage für Erhebung der Breiten- und Höhenmaße der Nasenhöhle sowie Flächenmaße des Meatus nasi inferior. Für die Erfassung der Conchae nasales wurden die vertikalen Abstände der jeweiligen Grundlamellen in Bezug zur Nasenbodenebene vermessen. Zudem wurden unter der Verwendung der Programme WinSurf (Version 4.0, Lozanoff and Moody) und ImageJ (Version 1.52n, Rasband, National Institutes of Health) 3D-Rekonstruktionen der Nasenmuscheln erstellt und deren Volumina berechnet. Darüber hinaus wurden ausgewählte externe Schädelmaße in den Vergleich mit einbezogen.
Mit Ausnahme der Schädelbasislänge sind die externen Schädelmaße sowie das berechnete Gesichtsschädelvolumen bei Macaca fuscata signifikant größer als bei Colobus guereza. Zugleich wies Macaca fuscata signifikant größere Volumina der Concha nasalis inferior und media auf. Auch die Größenverhältnisse der Conchae nasales innerhalb der jeweiligen Stichproben unterschieden sich zwischen beiden Spezies. Anders als bei Colobus guereza wurde bei Macaca fuscata eine größere Concha nasalis media im Vergleich zur Concha nasalis inferior beobachtet. Die Symmetrieverhältnisse der Nasenmuscheln und ihrer Grundlamellen konnten durch die Berechnung eines Asymmetrie-Index dargestellt werden. Hierbei konnte eine zufällige Verteilung der Asymmetrien bei beiden Spezies festgestellt werden, die als fluktuierende Asymmetrie eingeordnet wurde.
Die Grundlamelle der Concha nasalis inferior wurde bei beiden Primatenspezies in allen vier koronaren Messebenen, vom zweiten Prämolaren bis zum dritten Molaren des Oberkiefers, lokalisiert. Die Grundlamelle der Concha nasalis media lag bei Macaca fuscata auf Höhe der Messebene des dritten Oberkiefermolaren, während sie bei Colobus guereza auf Höhe des zweiten und dritten Oberkiefermolaren beobachtet wurde. Die Grundlamelle der Concha nasalis superior lag bei beiden Primatenspezies vorwiegend im Bereich des zweiten Oberkiefermolaren.
Die Ergebnisse der Breiten- und Höhenmaße der Nasenhöhle zeigten, dass Macaca fuscata in drei von vier koronaren Messebenen eine signifikant höhere Nasenhöhle aufweist. Die Nasenhöhlenbreite ließ hingegen keine Tendenzen in Bezug auf die Größenverhältnisse zugunsten einer Spezies erkennen. Mithilfe eines Breiten-Höhen-Index konnte außerdem das Verhältnis der Breite zur Höhe der Nasenhöhle beschrieben werden. Während dieses Verhältnis im mittleren Bereich der Nasenhöhle bei beiden Spezies annährend gleich ist, besitzt Colobus guereza im anterioren und posterioren Bereich eine breitere Nasenhöhle in Relation zur Gesamthöhe der Cavitas nasi. Es wurden weiterhin signifikante Unterschiede in der Größe des Meatus nasi inferior zwischen beiden Primatenspezies beobachtet.
Mögliche Merkmalszusammenhänge zwischen ausgewählten Maßen der Nasenhöhle sowie externen Schädelmaßen wurden mit der Korrelationsanalyse nach Spearman geprüft. Hierbei wurden bei Colobus guereza keine signifikanten Zusammenhänge zwischen den Volumina der Nasenmuscheln und den externen Schädelmaßen festgestellt. Für Macaca fuscata konnte nur zwischen dem Volumen der rechten Concha nasalis inferior und der Gesichtsschädellänge sowie dem Gesichtsschädelvolumen eine signifikante Korrelation beobachtet werden.
Signifikante Zusammenhänge zwischen den Höhenmaßen der Grundlamellen und den Höhenmaßen der Nasenhöhle wurden bei Macaca fuscata nur für die Concha nasalis inferior im Bereich des zweiten Oberkieferprämolaren sowie bei Colobus guereza für die Concha nasalis media im Bereich des dritten Oberkiefermolaren beobachtet. Die Ergebnisse der Korrelationsanalyse lassen ferner vermuten, dass die Grundlamelle der Concha nasalis inferior eher mit der Nasenhöhlenbreite als mit der Höhe der Nasenhöhle zusammenhängt. Die Ergebnisse der Regressionsanalyse zeigten, dass diejenigen Korrelationen, die bei beiden Primatenspezies gleichermaßen auftraten, keine signifikanten Unterschiede aufweisen.
Die vorliegende Arbeit stellt eine Methodik vor, die es erlaubt, ausgewählte Maße der Nasenhöhle mithilfe von DVT- und CT-Aufnahmen zu erfassen und zwischen verschiedenen menschlichen oder nichtmenschlichen Populationen bzw. unterschiedlichen Primatenspezies zu vergleichen. Die Primatenspezies Macaca fuscata und Colobus guereza wiesen signifikante Unterschiede in verschiedenen Aspekten der Nasenhöhle auf, welche möglicherweise mit den geografischen Lebensräumen sowie der unterschiedlichen Schädelpneumatisation zusammenhängen. Ein Einfluss des Sinus maxillaris auf die Morphologie der Conchae nasales und ihrer Grundlamellen kann nicht ausgeschlossen werden. Weitere Studien sind nötig, um zu prüfen, inwiefern die Anordnung und Größe der Grundlamellen der Conchae nasales artspezifisch sind und in welchem Zusammenhang sie mit anatomischen und physiologischen Charakteristika der Nasenhöhle sowie des Gesichtsschädels stehen. Zudem können die Ergebnisse dieser Studie als Grundlage für weiterführende biometrische Untersuchungen der Nasenhöhle sowie der Conchae nasales dienen.
Da die Prävalenz von Übergewicht und Adipositas weiterhin ansteigt, wird die Prävention sowie die Behandlung von Adipositas und ihren Folgeerkrankungen in Zukunft eine entscheidende Rolle in der Medizin spielen.
Um jedoch passende Präventionsstrategien und Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln, ist es von großer Bedeutung, die pathophysiologischen Grundlagen dieser Volkskrankheit zu erforschen.
Da die Prävalenz erst in den letzten Jahren deutlich angestiegen ist, gibt es bislang nur wenige Langzeitstudien zu Adipositas und ihrem Effekt auf Hirnparameter.
Die vorliegende Studie verwendet jedoch einen Versuchsaufbau, der es ermöglicht strukturelle Adipositaseffekte des Gehirns über einen Zeitraum von durchschnittlich 4,9 Jahren zu dokumentieren. Gleichzeitig ermöglicht diese Arbeit die Beobachtung langfristiger Auswirkungen polygener Adipositas auf die graue Substanz.
Nach standardisierter Erhebung somatometrischer Daten von 502 Probanden, erfolgte die Durchführung von ebenfalls standardisierten MRT-Untersuchungen des Hirns an zwei Messzeitpunkten, jeweils unter den gleichen Bedingungen. Daraufhin erfolgte die statistische Auswertung dieser Daten unter Verwendung einer Zielregion- sowie Globalanalyse. Eine mögliche altersbedingte Verzerrung wurde durch die Adjustierung an das Alter verhindert. Es konnten strukturelle Unterschiede der grauen Substanz des Gehirns dokumentiert und bestätigt sowie eine mögliche Verbindung zwischen hohen BMI-Werten und einer konsekutiven Hirnatrophie formuliert werden.
Die Ergebnisse liefern erste Hinweise auf einen möglichen kausalen Zusammenhang struktureller Adipositas-Effekte auf das Gehirn.
Im Zuge dieser Arbeit wurde herausgefunden, dass hauptsächlich die kortikale Dicke sowie das Volumen des OFC und des AC-MPFC durch einen höheren Ausgangs-BMI-Wert negativ beeinflusst werden. Allerdings ergibt sich aus den vorliegenden Daten kein Hinweis auf einen Zusammenhang zwischen genetisch bedingter BMI-Erhöhung und Hirnatrophie.
Eine Vielzahl von unterschiedlichen Mechanismen könnten dabei eine mögliche Rolle bei der Entstehung einer Hirnatrophie bei adipösen Personen spielen. Um diese besser zu verstehen, sind weitere Studien notwendig und aufgrund der hohen Prävalenzen sicher auch von medizinischem, aber auch wirtschaftlichem Interesse.
The poor aqueous solubility of many drug substances has been addressed using different solubility enhancement approaches in the pharmaceutical technology field over the last decades. In this context, advanced drug delivery systems based on lipids referred to as SNEDDS were used to overcome solubility limitations of drugs, that are often associated with a low bioavailability after oral administration. There are numerous examples in the literature for the development of L-SNEDDS, which have led to some pharmaceutical products available on the market. As L-SNEDDS development using conventional methods requires a lot of time and experimental effort, a streamlining of this procedure was aimed in the first part of the presented work.
Starting with the development of L-SNEDDS formulations for solubility enhancement of poorly-water soluble drugs, extensive solubility studies with different BCS Class II drugs were performed in various excipients to determine drugs with high solubilities in these excipients as well as to evaluate multiple excipients for their suitability to be used in L-SNEDDS formulations. Celecoxib, efavirenz and fenofibrate were selected as model drugs and a pre-selection of excipients for further development was made. In a next step, a novel screening approach for L-SNEDDS formulation development based on a customized mapping method in a special triangular mixture design was established. This customized tool for L-SNEDDS development comprised the systematic analysis of results obtained with different in vitro characterization methods such as droplet size analysis and distribution, transmittance measurement and emulsification performance assessment. Furthermore, the novel approach streamlined the procedure for L-SNEDDS development as a reduction of experimental effort and time compared to conventional methods was achieved. The most promising L-SNEDDS formulations determined via the customized screening tool approach showed high drug release of celecoxib, efavirenz as well as fenofibrate, and clearly indicated that this method was suitable for efficiently designing stable and rapidly releasing L-SNEDDS formulations incorporating poorly water-soluble drugs.
After the successful development of L-SNEDDS formulations with different drug substances using the novel screening approach, a further aspect of this work dealt with conversion of L-SNEDDS into S-SNEDDS, since a limited storage stability has been reported for many L-SNEDDS formulations. The conversion into S-SNEDDS required the determination of appropriate solid carriers with different material properties depending on the manufacturing process. As a first technological approach, adsorption to a solid carrier was investigated by adding a carrier to drug-loaded L-SNEDDS applying a defined mixing ratio resulting in a solid, particulate formulation. When performing drug release studies, S-SNEDDS based on different commercial
carrier materials revealed major limitations due to incomplete drug release. Thus, a tailor-made microparticulate carrier material based on cellulose was developed for the purpose of adsorbing L-SNEDDS and presented with superior performance compared to conventional adsorbents based on cellulose or silica. Based on the obtained results, this novel cellulose-based microparticle prepared with gum arabic as a binder was determined to be the most promising material amongst all adsorptive carriers that were investigated.
In addition to the technology approach of adsorption, another manufacturing process was considered in the course of the present work, which focused on the preparation of S-SNEDDS by means of HME. As a successful conversion of L-SNEDDS into S-SNEDDS using HME processing requires at least one additional polymeric component, a selection of marketed (co-)polymers that were frequently used in the field of solubility enhancement were evaluated for their suitability in this context. Critical process parameters and target properties of the (co-)polymers were determined, ultimately leading to the idea of developing a novel, customized polymer in order to perform the conversion step via HME in a more suitable and effective manner. In this context, a new copolymer referred to as ModE, as it disclosed a structural association with the commercially available copolymer EUDRAGIT® E PO, was developed. The novel copolymer ModE was evaluated for its suitability for different formulation technologies and showed promising results when used for S-SNEDDS and ASD formulations prepared by the HME process. Different variants of ModE in terms of Mw, Tg and PDI were synthesized via radical polymerization and it was found that the modification of Mw, Tg and PDI of the novel aminomethacrylate-based copolymer had significant effects on drug release as well as storage stability of S-SNEDDS and ASDs. The ModE copolymer type with a Mw of 173 kDa turned out to be the most suitable candidate for S-SNEDDS development using HME technology. In addition, drug-loaded S-SNEDDS based on the ModE variant 173 kDa were storage stable and presented with the highest drug release among all S-SNEDDS formulations tested.
In conclusion, a novel screening tool approach for efficient L-SNEDDS development was established in order to streamline the process for obtaining stable and rapidly releasing L-SNEDDS formulations which improved the solubility of poorly water-soluble drugs. Apart from the L-SNEDDS development process, the conversion from L-SNEDDS into S-SNEDDS was successfully performed using the technology approaches of adsorption to a solid carrier and HME processing. An improved storage stability compared to L-SNEDDS as well as high drug release were achieved for several S-SNEDDS formulations, especially for those prepared with tailor-made materials. Based on the results obtained for S-SNEDDS formulations produced via adsorption, especially in terms of drug release performance, the new cellulose-based
microparticle carriers (M-GA and M-MC) turned out to be the most suitable materials. S-SNEDDS that were manufactured via HME presented with a superior performance regardless of the incorporated drug when comparing the results of S-SNEDDS with those of the corresponding ASDs regarding drug release performance, amorphicity/crystallinity and storage stability. In this context, among all S-SNEDDS formulations prepared via HME, S-SNEDDS based on the ModE variant 173 kDa showed the best results, especially when using the drug substances celecoxib and efavirenz. Although the S-SNEDDS formulation approach is still largely unexplored, based on the research results generated in the present work, it represents a promising technology platform that should definitely be further developed in future experiments.
Acute pancreatitis (AP) is one of the most common and widely increasing gastrointestinal
diseases leading to hospitalization without specifically available therapy. Among various
etiologies, biliary origin is the most common cause. However, the effects of BAs, given
systemically, on AP remains elusive. A detailed characterization of the mechanisms through
which BAs contribute to the pathogenesis and severity of AP will greatly improve our
understanding of the underlying pathophysiology and may facilitate the development of
treatment, early identification of complications, and prevention for AP. In this view, the roles of
different circulating BAs using in vitro-to-in vivo models were investigated and the underlying
mechanisms through which BAs modulate the severity of AP were addressed. The impact of
hydrophobic and hydrophilic BAs on both, isolated acinar cells and different animal models
induced by repetitive injections of caerulein or L-arginine, ligation of the pancreatic duct (PDL)
or combined bile and pancreatic duct ligation (BPDL), were tested. Disease severity was
assessed by biochemical and histological parameters. Serum CCK concentrations were
determined by enzyme immunoassay. The binding of CCK1 receptor was measured using
fluorescent-labeled CCK. Human BA profiles in AP patients were quantified and that were
correlated with etiology as well as clinical course. In acinar cells, hydrophobic BAs mitigated
the damaging effects of CCK. The same BAs further enhanced pancreatitis in L-arginine and
PDL-based pancreatitis whereas they ameliorated pancreatic damage in the caerulein and
BPDL models, in which CCK was involved. The chemical effect of BAs on protease trypsin
was also observed, however, it was similar between hydrophobic and hydrophilic compounds.
Mechanistically, the binding affinity of the CCK1 receptor was significantly reduced by
hydrophobic BAs. In patients, the sum of hydrophobic but not hydrophilic BAs correlated with
the etiology and severity of AP.
Post-endoscopic retrograde cholangiopancreatography (ERCP) pancreatitis (PEP) was
reported to be related with CCK and several pharmaceutical agents have been used to prevent
this most common and potentially severe complication, but those are of limited benefit. In this
regard, our multicenter multinational randomized control trial was designed to compare the
efficacy of indomethacin and N-acetylcysteine (NAC) for the prevention of PEP. A total of 432
ERCP patients from 6 countries were recruited and randomly assigned to receive either NAC
(group A, 84 cases), indomethacin (group B, 138 cases), NAC + indomethacin (group C, 115
cases) or placebo (group D, 95 cases) two hours before procedure. The rate of PEP in groups
A, B and C in comparison with placebo were 10.7%, 17.4%, 7.8% vs 20% (p = 0.08, 0.614 &
0.01, respectively).
Among complications of AP, infection of pancreatic necrosis is one of the most severe
consequence that mostly necessitates interventional therapy. A model to identify parameters
that are useful for the prediction of infected necrosis at an early stage was developed. A
retrospective analysis was conducted in 705 AP patients, who underwent contrast-enhanced computed tomography (CT scan). Both laboratory and clinical parameters were analyzed for
an association with infected pancreatic necrosis, which was microbiologically confirmed. A
logistic regression analysis with stepwise inclusion of significant variables was used to develop
a prediction model. We tested the model quality by receiver operating characteristics analysis.
We found a significant association between 11 parameters with an infection including albumin,
creatinine, C-reactive protein (CRP), and alcoholic etiology, which were independent variables
in the final predictive model with an area under the curve of 0.819.
In the same cohort in which we developed the prediction model above, 89 AP cases with
necrotic complications diagnosed by CT scan were identified. These complications with high
morbidity and mortality required endoscopic drainage, which possibly accompanies severe
adverse events. All complications which occurred in patients who underwent those procedures
and their associated features were retrospectively analyzed. Positive necrosis cultures and a
larger diameter of the intervened necroses were significant factors associated with the
occurrence of adverse events, in which the former was the most significant predictor with Odds
Ratio of 6.1.
The entire work demonstrated that hydrophobicity of BAs and the involvement of CCK are
relevant for the clinical course of AP. Systemic BAs may affect the severity of AP by interfering
with the binding of the CCK1 receptor. Oral NAC is effective for prevention of PEP and the
combination of NAC plus indomethacin resulted in the lowest PEP rate. A model using albumin,
creatinine, CRP, and alcoholic etiology can differentiate infected and sterile pancreatic
necrosis and control of infection is crucial for successful endoscopic drainage therapy in
complicated AP. The exact pathophysiologic mechanisms, especially in CCK-related pathways,
and the potential impact of BAs in human AP, in particular in preventing PEP, need to be investigated in further studies.