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Das wichtigste Ziel am Ende des Lebens im Rahmen der Palliativmedizin ist eine ausreichende Symptomkontrolle, um die Lebensqualität bestmöglich zu erhalten oder sogar zu steigern. Dennoch leiden weiterhin Menschen an ihren letzten Tagen an Schmerzen. Bei onkologischen Patienten spielt insbesondere der Durchbruchschmerz eine große Rolle. Es ist bekannt, dass Opioide wie unter anderem Morphin eine gute Möglichkeit bieten, die Beschwerden zu reduzieren. Bislang gibt es keine Übersichten oder Empfehlungen für mögliche Dosierungen. Weiterhin herrscht eine große Angst vor möglichen Nebenwirkungen und einer Überdosierung.
Ziel dieser Studie ist es zu helfen, die schmerzmedizinische Unterversorgung zu reduzieren. Durch eine individuelle Betrachtung der jeweiligen Tumorerkrankungen und ggf. Metastasierung ist es möglich, eine gezielte Opioidtherapie zu gewährleisten. Das Erheben der Schmerzstärken und die jeweils erhaltene Opioiddosierung helfen, Dosierungen besser an die tatsächlichen Schmerzen anzupassen. In dieser Arbeit wurde eine Übersicht zu den Opioiddosierungen entwickelt, um den Behandlern eine Unterstützung zu geben.
Für diese retrospektive Studie wurden die Daten von insgesamt 292 verstorbenen Tumorpatienten (ohne chronisches Schmerzsyndrom) auf der Palliativstation der Universität Greifswald im Zeitraum von 3 Jahren ausgewertet. Die durchschnittliche Liegedauer betrug 7,4 Tage. Patienten mit Bronchialkarzinom waren am häufigsten vertreten, Prostatakarzinom am seltensten. 11,6% litten an einem zweiten Primärtumor und fast Dreiviertel litten an einer Metastasierung. Lebermetastasen waren am häufigsten vertreten. Durchschnittlich litten die Patienten an Schmerzen in Ruhe von 2,7/10 am Aufnahmetag und von 1,1/10 am Sterbetag. Der Opioidbedarf schwankte am Aufnahmetag zwischen 0 und 1323 mg Opioid in Morphin-oral-Äquivalent mit durchschnittlich 117 mg. Am Sterbetag verdoppelte sich der Maximalwert auf 2778 mg und der Durchschnittswert stieg auf 211 mg Morphin-Oral-Äquivalent.
Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren litten bei Aufnahme an den stärksten Schmerzen mit durchschnittlich 4 von 10 und benötigten signifikant höhere Opioiddosierungen (durchschnittlich 256 mg Morphin-Oral-Äquivalent). Das Vorhandensein von Metastasen verdoppelte im Gesamtkollektiv signifikant den Opioidbedarf am Sterbetag von durchschnittlich 113 mg auf 244 mg Morphin-Oral-Äquivalent.
Die Studie zeigt, dass teils deutlich höhere Opioiddosierungen als bisher in der Praxis üblich nötig sind, um das Ziel einer Schmerzstärke von 3/10 in Ruhe, bzw. 5/10 bei Belastung zu erreichen. Die herausgearbeitete Übersicht ermöglicht eine bessere Anpassung der nötigen Opioiddosierungen in Abhängigkeit der Tumorlokalisation und der jeweiligen Metastasierung am Ende des Lebens. Nicht zuletzt soll diese Arbeit dazu beitragen, Vorbehalte gegen eine zur Schmerzfreiheit notwendige, hoch erscheinende Opioiddosierung auszuräumen.
Gleichzeitig spielen in einem multimodalen Schmerzkonzept nicht nur Opioide eine wichtige Rolle. Vielmehr ist es ein interdisziplinäres Konzept, welches auf alle Aspekte des bio-psycho-sozialen Modelles eingehen muss, um eine optimale Behandlung für den Menschen am Ende des Lebens zu gewährleisten. Weiterhin sind insbesondere regelmäßige palliativmedizinische Fort- und Weiterbildungen aller Fachdisziplinen entscheidend, damit unter anderem im Bereich der Schmerzmedizin Aufklärung betrieben werden kann. Diese Studie und die daraus resultierenden Ergebnisse bilden einen wichtigen Schritt zum Erreichen einer adäquaten schmerzmedizinischen Versorgung am Ende des Lebens.
Convolutional Neural Network-based image classification models are the current state-of-the-art for solving image classification problems. However, obtaining and using such a model to solve a specific image classification problem presents several challenges in practice. To train the model, we need to find good hyperparameter values for training, such as initial model weights or learning rate. However, finding these values is usually a non-trivial process. Another problem is that the training data used for model training is often class-imbalanced in practice. This usually has a negative impact on model training. However, not only is it challenging to obtain a Convolutional Neural Network-based model, but also to use the model after model training. After training, the model might be applied to images that were drawn from a data distribution that is different from the data distribution the training data was drawn from. These images are typically referred to as out-of-distribution samples. Unfortunately, Convolutional Neural Network-based image classification models typically fail to predict the correct class for out-of-distribution samples without warning, which is problematic when such a model is used for safety-critical applications. In my work, I examined whether information from the layers of a Convolutional Neural Network-based image classification model (pixels and activations) can be used to address all of these issues. As a result, I suggest a method for initializing the model weights based on image patches, a method for balancing a class-imbalanced dataset based on layer activations, and a method for detecting out-of-distribution samples, which is also based on layer activations. To test the proposed methods, I conducted extensive experiments using different datasets. My experiments showed that layer information (pixels and activations) can indeed be used to address all of the aforementioned challenges when training and using Convolutional Neural Network-based image classification models.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von kaltem Atmosphärendruckplasma (CAP) auf Candida albicans in Wurzelkanälen extrahierter menschlicher Zähne untersucht. CAP wurde als Monotherapie und als Kombinationstherapie mit Spüllösungen (Natriumhypochlorit, Chlorhexidin und Octenidin) appliziert. Die antimikrobielle Wirksamkeit wurde als Logarithmus der koloniebildenden Einheiten (log10 CFU/ml) aus Wurzelkanalabstrichen beurteilt. Ergänzend wurden exemplarisch rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der behandelten Wurzelkanäle erstellt.
Die Plasmamonotherapie zeigte die höchste antimikrobielle Wirksamkeit. Ein signifikanter Unterschied im Vergleich zu den Spüllösungen wurde bereits nach 6 min erreicht. Weder eine Steigerung der Behandlungszeit auf 12 min noch eine Kombinationstherapie führten zu einer signifikanten Verbesserung des Behandlungsergebnisses.
In Deutschland sind etwa 4 Millionen Menschen von einer der 5000 – 8000 seltenen Erkrankungen betroffen. Da etwas 80% seltenen Erkrankungen genetische Ursachen haben spielen genetische Untersuchungen eine zentrale Rolle in der Diagnostik seltener Erkrankungen. Jedoch sind genetische Tests mit vielen ethischen Herausforderungen verbunden. Insbesondere die Durchführung genetischer Testungen für seltene Erkrankungen erfordert ein umfassendes Verständnis der Komplexität und Vielfältigkeit der relevanten ethischen Aspekte.
Die hereditäre chronische Pankreatitis ist ein Beispiel für eine seltene, genetische Erkrankung. Sie hat in Deutschland eine Prävalenz von 1:800.000 und kann durch verschiedene Genmutationen hervorgerufen werden. Bisher ist wenig bekannt über das Krankheitserleben von Patient*innen die von der hereditären chronischen Pankreatitis betroffen sind. Eine weitere, wenig untersuchte Perspektive ist die der Angehörigen.
Anhand einer qualitativen Interviewstudie mit Patient*innen sowie Angehörigen von Patient*innen wurde die Lebensrealität von Betroffenen der hereditären, chronischen Pankreatitis untersucht. Dabei stellte sich genetische Testung als eines der zentralen Themen heraus und wurde in einer Fokusgruppe vertieft. Ergänzt wurden diese Ergebnisse durch ein systematisches Literatur Review ethischer Aspekte zu genetischer Testung bei seltenen Erkrankungen.
Die Ergebnisse beider Studien sind komplex und vielfältig. Einige Zentrale ethische Aspekte zu genetischer Testung bei seltenen Erkrankungen konnten sowohl in der Interviewstudie wie auch im Literatur Review gefunden werden, zum Beispiel Familienplanung, Testung in der Kindheit oder Testung bei fehlenden kausalen Therapieoptionen. Aber auch Differenzen konnten gezeigt werden, wie zum Beispiel die Beeinflussung der Test Teilnahme durch Familiendynamiken. Dies Thema spielte eine große Rolle in der Interviewstudie, im Literatur review konnten jedoch keine Aspekte zu Familiendynamiken gefunden werden.
Diese Ergebnisse dieser Arbeit Bilden eine Vielzahl komplexer ethischer Aspekte ab. Sie können damit Ausgangspunkt für weitere vertiefende Forschungen sin. Darüber hinaus beinhalten sie wichtige Informationen für die Beratung und Betreuung von Patient*innen mit seltenen genetischen Erkrankungen.
Hepatitis E virus (HEV) is emerging worldwide as a zoonotic pathogen that has remained largely undetected for decades, if not centuries. Its enormous success can be attributed to the wide range of host species, which can transmit the virus to humans, depending on the viral genotype. As a result, HEV is likely to remain a challenge even when the remaining hepatitis viruses (HAV, HBV, HCV), which are transmitted exclusively between humans, are under control. Although millions of HEV infections occur each year, little is known about this puzzling pathogen. One major issue in HEV research is the lack of reliable model systems. Established animal models are inefficient, expensive, or simply not representative of human HEV. On the other hand, cell culture systems are limited by the slow growth of the virus and inefficient replication and infection. The aim of this work is to with deepen the understanding of zoonotic HEV in animal hosts in Germany. For this purpose, a molecular and phylogenetic characterization of HEV sequences from rabbits and swine was conducted. A novel subtype of the zoonotic genotype HEV-3 was identified in a rabbit sample, further emphasizing the role of rabbits as HEV host species and possible reservoir of zoonotic HEV infections in Germany. On the other hand, a molecular biological screening of pigs and wild boars in Mecklenburg-Western Pomerania indicates a wide range of HEV-3 subtypes circulating in swine in north-east Germany. Furthermore, an optimized replicon system was established in order to enable characterization of various HEV sequences by reverse genetics. As a proof of concept, two rabbit HEV derived replicons were compared with two established, cell culture adapted HEV strains. The influence of different regions of the nonstructural protein on HEV replication was determined and quantified. In particular, a system was established, to reproducibly compare different strains and genotypes. This refined replicon system will enable the characterization of further HEV sequences and thus expand the knowledge on the determinants of the viral life cycle.
Die vorliegende Arbeit stellt eine bislang in der Kunstgeschichte vernachlässigte Frage: Wie verhalten sich, in der dänischen Malerei von den 1800er bis zu den 1860er Jahren, der Entwurf einer national-romantischen Landschaft im Bild, die parallele Konjunktur der Orient-Darstellungen und die visuelle Repräsentation der kolonialen Gebiete zueinander? Während das ehemals weltumspannende dänische Herrschaftsgebiet im Verlauf des 19. Jahrhunderts auf die uns heute bekannte Größe zusammenschrumpfte, sein gemalter Bildraum im gleichen Zeitraum weit in das Imaginäre expandierte. Umso kleiner das faktisch beherrschte Reich war, desto größer wurde es in seinen Bildern. Die Überlegungen dieser Arbeit berühren damit in ihrem spezifischen Fokus grundlegende Fragen der Kunstgeschichte des ‘langen’ 19. Jahrhunderts von Landschaft, Nation und Identität, sowie der Bildmedien, Darstellungstechniken und Wissensnetzwerke, die sich in den Bildern, die dieses Jahrhundert hervorgebracht hat, verdichten.
Die Arbeit ist in drei Hauptkapitel gegliedert. Das erste Kapitel leitet anhand der Geschichte der Kopenhagener Kunstakademie her, wie sich eine Form der dänischen Nationalromantik in der Malerei etablieren konnte. Es zeigt sich, dass durch einige grundlegende Änderungen der Herangehensweise an das Handwerk der Malerei eine sich verändernde Inszenierung von Natur im Bild einsetzte. In diesem Kapitel wird die malerische und ontologische Bewegung von einem beobachtbaren Bildraum hin zu einem als Landschaft erfahrbaren Bildraum nachgezeichnet und plausibel gemacht. Daran anknüpfend weist das zweite Kapitel eine klare Verbindung zwischen dänischer Nationalromantik und dänischem Orientalismus nach. Es handelt sich hierbei nicht um Einzelfälle, sondern um ein weit verbreitetes, bislang in der Kunst übersehenes, Phänomen. Anhand zahlreicher Beispiele wird nachvollziehbar, wie der dänische Sonderweg innerhalb der Orientdiskurse des 19. Jahrhunderts seinen Lauf nahm, und auf welche Weise dänische Künstler dabei nicht nur orientalistische Bilder konstruierten, sondern mithilfe des imaginierten Orients die dänische visuelle Identität über die eigene Nationallandschaft hinaus erweiterten und sie von Raum und Zeit loslösten. Im dritten Kapitel stehen schließlich die Bilder aus und von den karibischen Inseln des kolonialen Dänemarks im Zentrum der Analyse. Sowohl die Rezeptionsgeschichte der kolonialen Landschaftsmalerei als auch die sich deutlich davon absetzende Freilichtmalerei in der Karibik werden in ihren Formen und in ihrer jeweiligen Wirkmächtigkeit herausgearbeitet.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Kunst des dänischen Goldenen Zeitalters eine visuelle Raffinierung der Natur als nationalen Identifikations- und Erlebnisraum entwirft. Die Natur im Bild wird in diesem Sinn nicht nur als Landschaft betrachtbar, sondern wird gleichzeitig auch in eine quasi partizipative Nation-Natur transzendiert. Hier manifestiert sich eine besondere Qualität – oder Herausforderung – des Bildes im Gegensatz zur Literatur: Das Bild will einen Gesamtentwurf anbieten, der auf den ersten Blick innerhalb des Rahmens schlüssig ist. Die Malerei des dänischen Goldenen Zeitalters vermochte es, so kann diese vorliegende Untersuchung demonstrieren, klarer als andere parallele Strömungen, sowohl das Konstrukt ’Orient‘ als auch den national-romantischen Raum ’Dänemark‘ aus seiner Ortsgebundenheit herauszulösen und mittels eines gestochen-scharfen Realismus, in eine fiktionale Ortsungebundenheit zu überführen. Die koloniale Ortsspezifik zeichnet sich zudem durch eine weitere Ellipse aus: Hier stehen sich die naturwissenschaftlich strengen Darstellung der kolonialen Flora, Fauna und Subjekte, und die zu beobachtende Praxis der besonders freien, performativen plein air-Malerei in der Karibik gegenüber. Für die dänische Malerei des 19. Jahrhunderts wird somit erstmals deutlich, dass sich die visuelle Erfindung einer dänischen Landschaft und der imaginäre dänische Orient in überraschend deutlicher Weise im Bild überschneiden; die Bilder aus und von den kolonialen Landschaften der Karibik ergänzen, bzw. bedingen sogar augenscheinlich das sogenannte ’Dänische Goldene Zeitalter.‘
Stichwörter: Kunstgeschichte; Skandinavistik; Kunst des 19. Jahrhunderts; Dansk Gulalder; Malerei; Nation; Identität; Orientalismus; Kolonialismus; Postkolonialismus; Dänemark; Nordic Orientalism; Norwegen; US Virgin Islands; Karibik; Orient; Christoffer Wilhelm Eckersberg; Peter Christian Thamsen Skovgaard; Thomas Lundbye; Martinus Rørbye; Elisabeth Jerichau-Baumann; Hans Johan Frederik Berg; Anton Melbye; Fritz Melbye; Frederic Church; Camille Pissarro.
Prüfungsangst ist eine besondere Form der Situationsangst, welche unter einer Vielzahl von Studierenden weit verbreitet ist und durchaus zur negativen Beeinträchtigung der akademischen Leistungen von diesen führt. Es sind bereits mehrere Instrumente erprobt, welche die Angst vor Prüfungen verringern können. Eine mitunter am häufigsten beschriebene Methode ist das Expressive Schreiben, die ausdrucksstarke Offenlegung der Gedanken und Emotionen über eine bevorstehende Prüfung. Die Ohrakupunktur, eine komplementärmedizinische Methode, ist ebenfalls eine vielversprechende Verfahrensweise zur Behandlung von situationsbedingter Angst.
Die vorliegende Studie basiert auf der Grundlage der Ergebnisse einer 2012 verfassten randomisierten Cross-over-Studie durch Klausenitz et al. , wobei gezeigt wurde, dass die Ohrakupunktur bei der Behandlung von Angstzuständen dem Placebo-Verfahren überlegen ist. Um die tatsächliche klinische Wirksamkeit der Ohrakupunktur bei der Behandlung von Prüfungsangst bei Medizinstudierenden vor einer Prüfung weiter zu bewerten, wurde als Vergleich das Expressive Schreiben herangezogen. Die Hypothese, dass sowohl Ohrakupunktur als auch Expressives Schreiben die Angst reduzieren, den Schlaf verbessern und somit die akademische Leistung der Medizinstudenten bei Anatomieprüfungen steigern, hinterfragt den Forschungsbestand dieser Arbeit. In die Studie wurden 37 Zahn- und Humanmedizinstudierende eingeschlossen. Diese legten im Zeitraum von April bis Juli 2014 drei vom Umfang vergleichbare mündliche makroskopische Anatomietestate ab. Vor der jeweiligen Prüfung durchlief jeder Proband randomisiert eine der drei Studienbedingungen: „Ohrakupunktur“, „Expressives Schreiben“ und „keine Intervention“. Die Prüfungsangst wurde mit dem Spielberger State-Trait-Angst-Inventar (STAI) und einer visuellen Analogskala (VAS 100) erfasst. Des Weiteren wurden neben der Analyse der Speichel-Alpha-Amylase die Schlafqualität, die Kreislaufparameter sowie die Prüfungsleistung dokumentiert.
Gegenüber den Ausgangswerten und dem Expressiven Schreiben konnte für die Ohrakupunktur eine signifikante Reduktion der Prüfungsangst, gemessen mit STAI, gezeigt werden. Dabei war der größte Effekt der Ohrakupunktur nach der Intervention am Abend vor der Prüfung zu verzeichnen (STAI State Werte 49 ± 8 vs. 56 ± 11, P = 0.015; Mittelwerte ± Standardabweichung). Des Weiteren konnte eine verbesserte Schlafqualität nach Ohrakupunktur registriert werden.
Die orale Einnahme stellt für Patienten die einfachste und unkomplizierteste Möglichkeit dar, ein Arzneimittel zu applizieren und ist das angestrebte Ziel der Arzneimittelentwicklung. Dem entgegen stehen jedoch die evolutionär entstandenen Möglichkeiten des Körpers, aufgenommene Fremdstoffe zu inaktivieren und zu eliminieren. Ein Zusammenspiel aus anatomischen Gegebenheiten und den Enzymen des Fremdstoffmetabolismus sorgt dafür, dass ein Teil der oral applizierten Dosis bereits verstoffwechselt wird, bevor er über das arterielle System an den Wirkort gelangen kann (first-pass-Effekt). Als Ort dieses Metabolismus wurde, neben der Leber, auch der Darm identifiziert. Um das Ausmaß des first- pass-Effektes abschätzen zu können, werden Daten über den Gehalt der arzneistoffmetabolisierenden Enzyme in diesen Organen benötigt. Als Methode der Wahl bietet sich dazu die LC-MS/MS an, da mit ihr verschiedene Enzyme in einem analytischen Lauf bestimmt werden können und sie sich durch eine hohe Empfindlichkeit, Reproduzierbarkeit und Spezifität auszeichnet.
Mit der vorliegenden Arbeit wurde das analytische Spektrum der bisher publizierten Methoden zur Bestimmung von CYP- und UGT-Enzymen erweitert. Mit der neuen Methode können nun zwei Carboxylesterasen, 17 CYP-Enzyme und fünf UGT-Enzyme quantifiziert werden. Weiterhin wurde die Methode anhand von Richtlinien für bioanalytische Methoden umfassend validiert. Durch die Verwendung von rekombinant hergestellten arzneistoffmetabolisierenden Enzymen konnte der gesamte analytische Prozess, von der Probe bis zum Endergebnis, erstmalig umfassend charakterisiert werden. Dabei zeigte sich eine, für einen derart komplexen Prozess bemerkenswerte Präzision von maximal 15,5% Variation nach sechsmaliger Durchführung.
Die entwickelte Methode wurde dann auf gepaarte Proben aus Leber und Jejunum von elf gesunden Organspendern angewendet. Im Jejunum wurden CES1, CES2, CYP2C9, CYP2C18, CYP2C19, CYP2D6, CYP2J2, CYPA4, CYP3A5, CYP4F2, CYP4F12, UGT1A1, UGT1A3, UGT2B7 und UGT2B17 gefunden. In der Leber konnten alle untersuchten Enzyme (CES1, CES2, CYP1A1, CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C18, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP2J2, CYP3A4, CYP3A5, CYP3A7, CYP4F2, CYPF12, UGT1A1, UGT1A3, UGT2B7, UGT2B15 und UGT2B17), bis auf CYP4A11 nachgewiesen werden. Für einige Enzyme (CES2, CYP2C18, CYP2C19, CYP2J2, CYP3A4, CYP4F2, CYP4F12) wurden im Jejunum Enzymgehalte gemessen, die mit denen in der Leber vergleichbar sind, was noch einmal unterstreicht, dass der Darm auch als klinisch relevanter Ort des Arzneistoffmetabolismus betrachtet werden muss. Auffällig war hier zudem die deutlich höhere Variabilität in den Darmproben, verglichen mit den Leberproben, die ihre Ursache in Umwelteinflüssen oder dem Mikrobiom des Darms haben könnten. Außerdem wurde die Expression der zugehörigen Gene mittels quantitativer real-time PCR untersucht. Hier bestand nur in einigen Fällen eine signifikante Korrelation zwischen Genexpression und Proteingehalt, was für zwischengeschaltete regulatorische Mechanismen spricht.
Weiterhin wurden mit dieser Methode Leberproben einer Kohorte von Patienten mit Krankheitsbildern, die mit einer Einschränkung der Leberfunktion einhergehen, untersucht. Dazu wurden die Patienten nach der verbleibenden Leberfunktion (Child-Pugh-Score) und nach der zugrundeliegenden Erkrankung eingeteilt. Es zeigt sich eine generelle Abnahme des Gehaltes an arzneistoffmetabolisierenden Enzymen mit fortschreitender Verschlechterung der Leberfunktion, wobei sich CYP2E1 als besonders anfällig erwiesen hat und bereits in Child- Pugh-Klasse A signifikant erniedrigt war. Bei den verschiedenen Erkrankungen zeigt sich ein uneinheitliches Bild, die prozentuale Verteilung der Enzyme ist jedoch bei allen Erkrankungen gegenüber den gesunden Kontrollproben verändert.
Über die Regulation der Expression von arzneistoffmetabolisierenden Enzymen ist bisher noch wenig bekannt. Es gibt aber Hinweise aus der Literatur, dass bestimmte nukleäre Rezeptoren an der Regulation der Enzyme beteiligt sein können. Deshalb wurde eine LC-MS/MS-basierte targeted-proteomics-Methode zur Quantifizierung von nukleären Rezeptoren in Darm- und Lebergewebe entwickelt und validiert. Im Gewebe konnten nur AhR und HNF4α nachgewiesen werden, da die Empfindlichkeit des verwendeten experimentellen Ansatzes vermutlich nicht ausreichend ist. Dabei war HNF4α in Darmgewebe deutlich höher exprimiert als AhR. Außerdem wurde die Expression der nukleären Rezeptoren auf Genebene durch quantitative real-time PCR untersucht. Dabei wurde eine höhere Expression von CAR in der Leber gefunden, während PXR in Darm stärker exprimiert wird. Dies entspricht den Erkenntnissen aus der Literatur, nach denen CAR einen regulatorischen Effekt auf arzneistoffmetabolisierende Enzyme in der Leber hat, während dies für PXR in Darm zutrifft. Diese Arbeit kann einen Beitrag zum weitergehenden Verständnis der Regulation von arzneistoffmetabolisierenden Enzymen durch nukleäre Rezeptoren beitragen.
Bei allen diesen Arbeiten gilt es zu beachten, dass das Vorhandensein eines Proteins nicht zwangsläufig mit seiner Aktivität gleichzusetzen ist. Jedoch zeigen zahlreiche Beispiele aus der Literatur, dass sich mit den Daten aus Proteomics-Studien PBPK-Modelle aufstellen lassen, die die in klinischen Studien erhobenen Daten mit beeindruckender Genauigkeit reproduzieren können.
In their idealized forms, enzymes can facilitate complex reactions with extreme specificity and selectivity. Additionally, in this imaginative form, they only require mild reaction conditions, resulting in low energy consumption, and they are biodegradable, efficient, reusable, and sustainable. Unfortunately, this idealized form often deviates significantly from reality, where enzymes are more likely to be associated with marginal stability and low reaction rates, leaving them less than desirable for many industrial applications. As such, if we could master the process of engineering the configuration of a protein towards a given task, the implications could be staggering.
This thesis aims to contribute to the process of protein engineering, mainly how computational tools can be used to make the protein engineering process more efficient and accessible.
Article I explores the current state of the art in machine learning-guided directed evolution and serves as a foundation for Article II, which is a concrete application of these techniques to an engineering campaign. Despite successfully improving overall activity and selectivity, we also observe limitations and constraints within the methodology. Article III then delves into these drawbacks and attempts to lay the foundation for a more generalizable and, more importantly, efficient engineering workflow, balancing the strengths and weaknesses of computational techniques with advances in gene synthesis. We then validated this novel pipeline in Article IV, where we show the potential of this methodology. Article V describes a more standard protein engineering campaign on squalene-hopene cyclases for potentially interesting products in the flavor and fragrance industry. Lastly, Article VI outlines a PyMol plugin for molecular docking.
The combination of the Layer-by-Layer (LbL) method, a nano-material such as carbon nanotubes (CNTs), and charged polyelectrolytes (PEs) is a reliable approach to produce highly functionalized surface coatings. These coatings are stable, controllable, ultra-thin, and most importantly, biocompatible. The ability to tune their properties by varying the preparation conditions and the terminating layer opens up a wide range of applications in the fields of biology and medicine. Here, the goal was to create electrically conductive coatings on which cells grow and proliferate. To achieve this goal, a coating with a stable conductive film structure, a suitable film surface topography, and suitable surface potential (and 𝜁-potential) must be prepared.
At the beginning of this thesis, the focus was on the fabrication of electrically conductive multilayer films, whose electrical properties should be stable and adjustable in a controlled manner (Article 1). The combination of chemically modified CNTs as polyanions, a strong linear polycation like poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMA), and the LbL-method allowed us to prepare such films. Their characterization was carried out in air at ambient conditions. Since PDADMA is non-conductive, the charge transfer within the film and thus the electrical conductivity itself depends mainly on the CNTs and their arrangement. It was found that four CNT/PDADMA bilayers (BL) were always necessary to create a lateral network structure with multiple CNT crossing points to enable and support electron transport within the film. Moreover, additional CNT/PDADMA BL resulted in decreasing sheet resistance, while the conductivity remained constant at ≈ 4 kS/m regardless of the number of bilayers. Increasing the PDADMA molecular weight (Mw) from 44.4 kDa to 322 kDa did not affect film properties such as thickness or electrical conductivity.
However, increasing the CNT concentration from 0.15 mg/ml to 0.25 mg/ml in the deposition suspension resulted in thicker and less conductive films. This is attributed to a faster adsorption process of the CNTs leading to more adsorption sites for the polycation. We found an increased PDADMA monomer/CNT ratio compared to films prepared with the lower CNT concentration in the deposition suspension. The electrical conductivity decreased by a factor of four down to 1.1 kS/m, which can be attributed to fewer contact points between the CNTs. Overall, we were able to prepare stable and electrically conductive multilayer films. Additionally, by varying the preparation conditions tuning of the electrical conductivity is possible.
To fulfill requirements regarding i.e., medical implants, film properties not only have to be stable and controllable in a dry state (described in Article 1) but also in a biological aqueous environment. Therefore, in Article 2 we immersed our coated samples in three different solutions usually employed in biological research and compared their properties with their dry state, respectively. Also, hydration/swelling effects that normally occur for polyelectrolyte multilayer films (PEMs) in solutions were investigated.
For the film preparation, PDADMA (Mw = 322 kDa) and a deposition suspension of modified CNTs with two different concentrations (0.15 mg/ml and 0.25 mg/ml), which aged for two years, were used. Independent of the CNT suspension concentration, it turned out that the film thickness of the samples, prepared from the aged suspension, decreased significantly compared to the film thickness previously measured in Article 1. As a cross-check a new and fresh CNT suspension was made, which allowed us to reproduce the film thickness described in Article 1.
These results indicated that something happened with the CNT suspension over a two-year period. An analysis via X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed a decrease in the percentage of functional groups in the CNTs from the aged suspension. The loss of functional groups resulted in less negatively charged CNTs and thus in fewer adsorption sites for the polycation PDADMA. Consequently, the PDADMA monomer/CNT ratio decreased, which lowered the thickness per bilayer by a factor of three, compared to films prepared with a freshly prepared CNT suspension. The lower linear charge density of the aged CNTs also enhanced their hydrophobicity, which is, in combination with the electrostatic forces, another important factor for multilayer cohesion. In contrast to PEMs made from polycations and polyanions, no swelling of the films occurred when immersed in solutions. This can be attributed to the fact that the increased hydrophobicity of the CNTs and the hydrophobic nature of the PDADMA backbone prevent the incorporation of water into the multilayer film. In solution, the films slightly shrink (by ≈ 2 nm), which makes them even more compact. Yet they remain stable. The result is an increased electrical conductivity from 9.6 kS/m, in the dry state, up to 15.3 kS/m immersed in solutions. To summarize, we showed that by tuning the interpolyelectrolyte forces the swelling and the ensuing decrease of the electrical conductivity of the films can be prevented.
Regarding the application in biology and medicine, we must consider that long-term exposure of cells to nano-materials like CNTs could lead to damage and inflammation of adjacent tissue. Therefore, it is necessary to prevent direct contact between the electrically conductive multilayer, i.e., CNT/PDADMA film, and the cells. The solution to this problem is a biocompatible top film that covers the CNT/PDADMA multilayer completely and still provides a lateral surface structure that supports cell adhesion and proliferation. Additional layers consisting solely of PEs could provide such a top film.
In Article 3 we investigated the self-patterning of PEM films as function of deposition steps. After preparation in water, the films were dried, characterized in air, and in vacuum. The films were built with high and low molecular weight PEs. PDADMA was used as polycation and poly(styrene sulfonate) sodium salt (PSS) as polyanion. The observation via Atomic Force Microscopy (AFM) showed that films prepared with high molecular weight PEs are laterally homogeneous and form no patterns, due to the chain immobility. The flat surfaces are ineligible as a substrate for cell adhesion.
In contrast, films built with a short PSS, especially at Mw, PSS = 10.7 kDa, began to self-pattern after seven deposited PDADMA/PSS bilayers. With each additionally deposited bilayer, the surface got more and more structured, from grooves over stripes to circular domains. Increasing film thickness led to an increased lateral mean distance between the surface structures. Scanning Electron Microscopy (SEM) images showed that exposure to a vacuum resulted in a decrease in the film thickness attributed to water removal, while the mean distance between the domains increased. Thus, by using this self-pattering process we are able to prepare PEMs with a highly structured surface. By adding PDADMA/PSS bilayers, not only the CNT/PDADMA film can be covered completely, but also a suitable surface morphology for cells can be created. Controlling the number of deposited bilayers allows the preparation of suitable coatings for cells.
To further improve the interaction of the cell and coated substrate not only the lateral structure but also the interacting electrostatic forces between cells and substrate are important for the nature of cell adhesion, function, and proliferation. In Article 4 we investigated PEMs, consisting of strong PEs with a low (PDADMA) and high (PSS) linear charge density. We performed asymmetric force measurements with the help of the colloidal probe technique (CP). Here, the forces between a PEM-covered surface and a colloidal probe (silica sphere) glued to a cantilever were investigated. The colloidal probe was either bare or covered with polycation poly(ethylenimine) (PEI). The surfaces were immersed in NaCl solutions with different ionic strengths (INaCl), starting with deionized water, then enriched up to 1 mol/L NaCl. The interaction force between a CP and the surface was measured. Thus, insight into the surface potential/charge was obtained.
During film preparation, two growth regimes (parabolic and linear) exist. These regimes and the terminating layer determine the surface force of the PEM. PEMs with a terminating PSS layer are predominantly flat and negatively charged when the ion concentration is low and the film is in the parabolic growth regime (between 1 and ≈ 15 BL). This indicates charge reversal on PSS adsorption. At the transition point between the parabolic and linear growth regimes, the ratio between polyanion and polycation monomers starts to switch and some cationic monomers are neutralized not by anionic monomers but by monovalent ions. Therefore, the surface charge density in diluted NaCl solutions changed from slightly positive near the transition to positive in the linear growth regime. At the lowest ionic strengths (INaCL) the range of the surface potential goes from – 40.5 mV (9 BL, parabolic) up to + 50 mV (19 BL, linear).
In contrast, polycation (PDADMA) terminated films are overall positive in diluted NaCl solutions. At the beginning of the parabolic growth regime, the layers are more compact and flat. However, with each additional layer deposited, the film becomes less compact and the chains begin to loosen. The now more loosely bound chains start to protrude into the solution and form pseudo-brushes. This could already be observed for 10.5 BL.
It intensifies in the linear growth regime (begin at ≈ 15 BL) and results in steric surface forces. Changing the surrounding INaCl affects this behavior and the pseudo-brushes scale as polyelectrolyte brushes.
By controlling the number of bilayers (thus the growth regime), the surrounding ionic strength, and the conformation of PEs at the PEM surface, it is possible to prepare a suitable range of surface properties i.e., for cell adhesion and proliferation. To prove that these multilayers can provide a suitable surface and have a positive effect on cell behavior, we coated in Article 5 titanium-covered samples with PEMs. Investigated was the cell interaction with the surface at different zeta(ζ) - potentials, a parameter for dynamic surface potential. Here the cell activity is measured by the mobilization of calcium (Ca2+) within the cell as a function of the ζ - potential of the substrate and the externally applied electrical potential. The cell activity indicates if the ζ - potential, provided by the sample surface, is suitable or not for the cells. The favorable interaction with the substrate is also reflected in the cell morphology and proliferation. The results showed that highly negative ζ - potentials between - 90 and - 3 mV led to a decreasing/reduced Ca2+ mobilization which correlates with reduced cell activity. Nearly neutral to moderate positive surfaces (ζ - potential + 1 to + 10 mV) i.e., PSS-terminated PEMs are able to promote cell adhesion and growth as demonstrated by an increased Ca2+ mobilization. The access to the intracellular Ca2+ stores, provided by the external stimulus, is now more effective and suggests a higher cell activity. Increasing the ζ - potentials up to ≈ + 50 mV (highly positive), i.e., PDADMA - terminated PEMs with pseudo-brushes, resulted in restricted cell viability and impaired Ca2+ mobilization, which led to a disturbed cell morphology and proliferation. In conclusion, only surfaces, terminated with i.e., PEI, with moderate positive charges (ζ - potential + 1 to + 10 mV) are able to improve the Ca2+ mobilization and thus the cell activity and proliferation. PEMs with a PSS termination provide negative 𝜁−potentials, onto which cells adhere, and proliferate. Therefore, they are a good alternative for surface functionalization for implant surfaces. In summary, the objective set at the beginning of the thesis is addressed within articles written as part of this thesis. It is possible to fabricate PEMs with modified CNTs to produce coatings that are electrically conductive with tunable sheet resistance, whether dry in air or immersed in an aqueous solution (Articles 1 and 2). Also, for pure PEMs, it is shown that with the right molecular weight of PEs and a certain number of bilayers, a suitable surface structure for cell adhesion can be produced (Article 3). Additional surface properties such as a suitable surface charge density can be provided by PEMs which can improve the cell activity as monitored with Ca2+ mobilization (Articles 4 and 5). The next step is to combine the knowledge gained from Articles 1 – 5 and link it to the application of external electrical fields to cells.
Study of the effect of the podocyte-specific palladin knockout in mice with a 129 genetic background
(2023)
Worldwide, chronic kidney disease is one of the leading public health problems. Podocytes, highly specialized postmitotic cells in the filtration unit of the kidney glomerulus, are essential for the size selectivity of the filtration barrier. Loss of the complex 3D morphology of their interdigitating foot processes, effacement and detachment of the cells from the capillaries lead to proteinuria and often loss of kidney function.
Since the morphology of podocyte foot processes is highly dependent on an intact actin cytoskeleton and actin-binding proteins, we investigated the role of the actin-binding protein palladin in podocytes from mice with a 129 genetic background, that is more susceptible to kidney injury. PodoPalld129-/- mice were examined at 6 and 12 months of age using immunofluorescence staining, electron and 3D super-resolution microscopy as well as qRT-PCR.
Our analysis of PodoPalld129-/- mice at 6 and 12 months of age showed that podocyte- specific knockout of palladin results in dilation of the capillary tuft accompanied by loss of mesangial cells, indicating the influence of palladin on glomerular tuft formation. Besides, we observed morphological abnormalities such as an enlarged sub-podocyte space, cyst formations and an increased number of cell-cell contacts between podocytes and parietal epithelial cells in PodoPalld129-/- mice compared to controls. Moreover, palladin knockout resulted in downregulation of the slit diaphragm protein nephrin as well as an age-dependent significant increase in podocyte foot process effacement. Although there was a significant change in foot process morphology, we did not detect albuminuria in PodoPalld129-/- mice of both age groups. However, we found an increase of trefoil factor 1 (Tff1) in the urine of the mice, indicating an altered, more permeable filtration barrier.
Considering that palladin has several binding sites for important actin-binding and regulatory proteins, we studied the expression of Lasp-1, Pdlim2, VASP and Klotho in dependence on palladin. We found a remarkable reduction in, for example, phosphorylated Lasp-1 as well as Klotho, which could influence the morphology of podocyte foot processes.
Compared with PodoPalldBL/6-/- mice, PodoPalld129-/- mice showed stronger glomerular tuft dilation and developed podocytes with increased morphological abnormalities, underlining the importance of the genetic background.
In conclusion, these results demonstrate the essential role of palladin for podocyte morphology in mice with a 129 genetic background.
In dieser Studie sollte untersucht werden, ob ein isometrisches Training des Musculus
pterygoideus lateralis (MPL) der Therapie mit einer Schiene in Bezug auf die Behandlung
einer schmerzhaften Diskusverlagerung mit Reposition (DDwR) gleichwertig ist. Das
Trainingsprogramm orientiert sich an der Wissenschaft von Janda. Sechzig Patienten (≥18
Jahre) mit DDwR und Schmerzen wurden nach dem Zufallsprinzip zwei Gruppen zugeteilt:
(1) Muskeltraining, (2) Schienentherapie. Die folgenden Variablen wurden während der
Baseline-Untersuchung und zu den Zeitpunkten der Kontrolltermine (2, 4 und 6 Monate nach
Behandlungsbeginn) erhoben: Veränderung des orofazialen Schmerz, Auftreten des
Knackphänomens bei Kieferöffnungs- oder Kieferschließbewegungen, Kraftgrade nach Janda
bei Laterostrusionsbewegung, Schneidekantendistanz (SKD; in mm). P-Werte von < 0,05
wurden als statistisch signifikant angesehen und Konfidenzintervalle von 95% wurden
angegeben. In beiden Gruppen wurde ein Rückgang der orofazialen Schmerzintensität
festgestellt (P < 0,0001). Das registrierte Kiefergelenkknacken verschwand nach 6-monatiger
Behandlung bei 37 % (n=11) der Patienten in der Trainingsgruppe und bei 27 % (n=8) in der
Schienengruppe (P = 0,0009 und P = 0,0047). Das Muskeltraining führte am Ende der Studie
zu 27 Verbesserungen der Janda-Kraftgrade (P < 0,0001). Zusammenfassend verbesserten
sowohl das Muskeltraining, als auch die Therapie mit einer UK-Äquilibrierungsschiene die
Mundöffnung und reduzierten die Schmerzintensität in beiden Patientengruppen.
Muskeltraining könnte eine vielversprechende Option für die Behandlung von Patienten mit
schmerzhafter DDwR sein.
Die immunologische Dysfunktion nach operativem Trauma und der Einfluss des N. vagus im Mausmodell
(2024)
Trotz aller medizinischen Fortschritte der letzten Jahrzehnte ist der Einfluss operativer Trauen auf die Immunhomöostase noch weitgehend unklar. Im Falle septischer Komplikationen sind postoperative Patienten meist mit einer noch höheren Mortalität assoziiert als septische Patienten ohne ein vorhergehendes operatives Trauma. Einen Grund dafür stellt die postoperative Immundysfunktion dar, welche von Länge und Ausmaß der Operation abhängt. Die pathophysiologischen Hintergründe sind noch unbekannt und erscheinen traumaspezifisch. Um diese einer näheren Betrachtung unterziehen zu können, wurde in unserer Arbeitsgruppe das Tiermodell der Surgically induced Immune Dysfunction (SID) etabliert. Dafür wird zur Simulation eines abdominalchirurgischen Eingriffs der Dünndarm nach einer medianen Laparotomie dreimal antegrad ausgestrichen. Einen möglichen Baustein zum Verständnis dieser Immundysfunktion stellt die Entdeckung des cholinergen antiinflammatorischen Signalweges (CAIP) dar. Über diesen ist das Zentralnervensystem via den Nervus vagus in der Lage, immunmodulatorisch einzuwirken. Ziel der Arbeit war es, aufgrund dessen unter anderem den systemischen Einfluss des CAIP auf die postoperative Immundysfunktion zuuntersuchen. Dafür wurden einige Versuchstiere sechs Tage vor SID einer Vagotomie unterzogen. Die Analysen erfolgten nach sechs Stunden und drei Tagen.
Zusammenfassend konnte sechs Stunden nach SID eine Akut-Phase-Reaktion beobachtet werden, die durch eine Neutrophilie, Lymphopenie, erhöhte IL-6-Konzentrationen und komplett aktivierte T-Lymphozyten gekennzeichnet war. Gleichzeitig zeigten sich aber auch eine erhöhte IDO-Aktivität und eine reduzierte LPS-Stimulierbarkeit von Blut- und Milzzellen. Diese gedämpfte Immunreaktion auf den in-vitro second hit schlug bemerkenswerterweise nach drei Tagen in eine Hyperreagibilität und damit in einen hyperinflammatorischen Phänotyp um. Gleichzeitig reduzierte sich die Anzahl von Teff- und B-Lymphozyten, während zeitgleich eine relative Treg-Expansion mit gesteigerter CTLA-4-Expression nachweisbar war. Diese Steigerung immunsuppressiver Mechanismen und dergleichzeitige Verlust an Effektorzellen könnte im Falle eines nachfolgenden second hit zu der beobachteten gesteigerten Mortalität postoperativer Patienten beitragen. Wurde vor der SID eine Vagotomie durchgeführt, fiel die Inflammation sechs Stunden später noch intensiver aus: Die Neutrophilie war stärker ausgeprägt und die Konzentration von proinflammatorischen Zytokinen im Plasma war erhöht. Die reduzierte LPS-Stimulierbarkeit von Blut- und Immunzellen wurde im Wesentlichen aufgehoben. Nach drei Tagen verstärkte eine Vagotomie die bereits nach SID beobachtete Hyperreagibilität auf den LPS-Stimulus noch weiter.
Somit lassen diese Ergebnisse auf einen wichtigen immunsuppressiv wirkenden vagalen Einfluss auf die postoperative Immundysfunktion schließen und zeigen einen vielschichtigen zeitlichen Verlauf von Anti- und Hyperinflammation nach operativem Trauma auf. Eine nähere Erforschung dieses multiphasischen Verlaufs kann Implikationen für die klinische Praxis, insbesondere im Bezug auf Re-Operationen geben. Auch eröffnet es die spannende Frage, ob das Immunsystem auf einen postoperativen septischen Fokus in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zur Operation unterschiedlich reagiert. Nicht zuletzt wird durch die Ergebnisse auch ein wichtiges Schlaglicht auf die Bedeutung von traumareduzierenden Operationsverfahren wie der minimal-invasiven laparoskopischen Chirurgie für das postoperative Outcome geworfen.
Global change is one of the major challenges our society faces in recent times and is becoming increasingly noticeable in all aspects of our lives. In the last ten years, reports about droughts in Europe increased, contrary to expected natural climate variations and are attributed as indicators of climate change. Droughts resulted in a severe decrease in water levels of lakes, rivers and reservoirs, posing socio-economic and environmental challenges. Climate scenarios by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) project increasing temperatures, more frequent, longer and/or more intense heat waves and warm spells, and an increase in aridity with short-term droughts in the upcoming decades for Western and Central Europe. Some areas – such as Northeast Germany – are already affected by negative water balances and the lowering of lake and groundwater levels. Additionally to possible challenges in water availability, excess nutrients and heavy metals from industrial emissions, agricultural fertilisers and land use changes lead to declining water quality. In the past century, extensive eutrophication and environmental pollution have become major water quality issues in many freshwater bodies.
Nonetheless, water and its availability in a sufficient quantity and quality are prerequisites for life and must be prioritised in future development. The European Union aims for a good status in all surface and groundwater bodies by 2027 regarding their ecological, chemical and quantitative status. However, a profound understanding of eutrophication, pollution sources, and water bodies' reference conditions – referring to pre-anthropogenic conditions – should be available for each system to apply integrated restoration strategies. Moreover, an in-depth understanding of long-term climate variability and its dynamics is indispensable to approach these climate change challenges and reliably predict water availability.
During the past decades, numerous paleoenvironmental studies have been carried out on Northern German sediment archives, using mainly lacustrine sediments to reconstruct hydroclimatic variability, often inferring lake-level variations as key indicators. However, most studies were carried out in areas affected by more maritime or continental climate. Studies from the transition zone are rare. Only few existing studies offer high-resolution records and/or robust chronologies, which limits the understanding of past environmental changes significantly. Besides, the Northern German lowlands have been anthropogenically affected since at least the Neolithic (~5.6 ka cal BP) and, in particular, forest composition and density have recently been shown to have at least partially an impact on lake-level variations. However, a reliable distinction between climatic impacts and anthropogenic interferences is widely missing, which is a problem because many studies were conducted on rather small lacustrine systems in which expected anthropogenic signals are higher, and single events may overprint the climatic signals. These biases lead to an incoherent picture of the past hydroclimatic variability in Northern Germany during the Holocene. To overcome this situation, it is inevitable to identify a suitable sedimentary archive from the transition zone – preferably a large lacustrine system in which natural (supra-)regional paleoenvironmental signals are expected to be not overprinted by single events. Moreover, it is necessary to establish robust chronologies and apply high-resolution methods to infer past environmental changes in a high temporal resolution. Taken together, this could contribute to an enhanced understanding of past environmental and climatic changes in Northern Germany.
This thesis consolidates the evidence for Schweriner See to act as a suitable sedimentary archive in Northern Germany for (supra-)regional climate reconstructions. Schweriner See is a large lowland lake in Northern Germany located within the transition zone from maritime to continental climate. In the first step, (paleo)lacustrine landforms, i.e. beach ridges, subaerial nearshore bar, and a silting-up sequence, are investigated along the north-eastern shoreline using a combined approach of sedimentology (e.g. grain size variations) and the relatively novel method of luminescence profiling offering relative age determinations to understand depositional processes and their chronological framework. Absolute age information is mainly inferred by OSL dating. Secondly, an important prerequisite to interpreting information obtained from lacustrine sediment archives is a thorough understanding of processes controlling sedimentation. Schweriner See is characterized by a complex morphometry, which influences in-lake processes, i.e. i) in-lake productivity, ii) carbonate precipitation and iii) wind- and wave-induced processes, resulting in a distinct spatial heterogeneity. This thesis shows that it is crucial first to understand sedimentary depositional processes and controlling mechanisms to i) select suitable coring location(s) and ii) reconstruct paleoenvironmental and hydroclimatic variations reliably.
Based on bathymetric considerations and inferred in-lake processes, two main coring locations were identified to infer i) the anthropogenic impacts and ii) hydroclimatic variations. Short sediment records from the shallow water areas (< 15 m water depth) cover the most recent environmental history of Schweriner See. A well-dated sedimentary record (210Pb/137Cs and 14C dating) links distinct sedimentary and geochemical changes with historical events. Schweriner See was extensively affected by lake-wide eutrophication and contamination, closely related to sewage and population dynamics within the catchment. The water quality only improved after the German Reunification in 1990 CE when sewage was precluded from Schweriner See. Contamination trends at Schweriner See showed similar trends to different archives along the southern Baltic Sea, implying a common regional driving mechanism, e.g. environmental legalisation.
A well-dated sediment record from the profundal zone (52 m water depth) allowed the reconstruction of large-scale atmospheric conditions during the past 3 ka cal BP by inferring winter temperature variability, the moisture source region and/or evaporative lake water enrichment, which resemble variations in the North Atlantic Oscillation (NAO). The NAO greatly influences the Central European climate, affecting, for example, surface air temperature, precipitation or storm tracks. During 3-2.8 ka and 2.1-0.8 ka cal BP, predominantly positive NAO conditions are reconstructed, which are characterized by warmer winter temperatures, moisture conditions bringing isotopically enriched precipitation from the southern/central North Atlantic to Northern Central Europe and/or warmer temperatures that may result in a higher evaporative isotopic lake water enrichment as a result of northwards displaced westerlies. Conversely, during 2.8-2.1 ka and 0.8-0.1 ka cal BP, results correspond to predominantly negative NAO phases influenced by southwards displaced westerlies. Frequent atmospheric blocking allows for the intrusion of northerly or easterly winds, resulting in colder winter temperatures, isotopically depleted precipitation from the Northern Atlantic and Arctic region and/or a lower evaporative lake water enrichment. In addition to these long-term changes in atmospheric conditions, short-term hydroclimatic variations have been reconstructed, mainly reflecting lake-level variations in conjunction with precipitation variability, with the proxy signal being additionally amplified by wind speed and wave motion. Comparisons with other archives support these results.
So far, the paleoenvironmental reconstruction is limited to the Late Holocene, but initial dating results imply possible interferences until the Late Pleistocene. Therefore, future studies should focus on extending the profundal record from Schweriner See further back in time, providing a high-resolution record covering both the Holocene and possibly the Late Pleistocene.
In course of the recent results from Wendelstein 7-X, stellarators are on the brink for assessing their maturity as a fusion reactor. To this end, stellarator specific transport regimes need detailed exploration both with appropriate systematic experimental investigations and models. A way to enhance the efficiency of this process is seen in an systematic evaluation of existing experimental data. We propose appropriate tools developed in information theory for examining large datasets. Information entropy calculations, that have proven to assist the systematic assessment of datasets in many other scientific fields, are used for novelty detection.
Potentially, as a first use-case of this holistic process, this thesis attempts to link and to develop approaches to examine the stellarator specific core-electron-root-confinement (CERC) regime. The specific interest for CERC emerges from the behavior of the radial electric field. While ion-root conditions exhibit negative radial electric fields, CERC’s positive field in the very core of fusion grade plasmas adds an outward thermodynamic force to high-Z impurities and could add to potential actuators to control impurity influx as to be examined for full-metal wall operation in large stellarators. Recently, this feature received revived intent for reactor scale stellarators.
Also, in this work, parameter regions close to the transition from ion-root to CERC are
examined. At lower rotational transform (a characteristic feature of the magnetic field confining fusion grade plasmas), transitions were detected when the plasma current evolved. As in smaller stellarators, it is concluded that low-order rationals and magnetic islands are related to the transitions. This is widely supported by extensive MHD simulations which finally provide indications for the role of zonal flow oscillations. As one of the outcomes, gyrokinetic instabilities are seen interacting for the first time with the neoclassical mechanisms in experiments.
In order to cope with the vast number of highly sampled spatio-temporal plasma data, new
techniques for novelty detection are required. Fundamental prerequisites for the detailed
physics investigations were the feasibility study of entropy-based data analysis techniques, and their adaptation to detect previously unrevealed transition mechanisms. These tools were applied to multivariate bulk plasma emissivity data, which allowed the exploration of large parameter spaces and provided insights in the spatio-temporal dynamics of CERC transitions.
In this manner, this research highlights the feasibility of information flow measure analysis in fusion studies. Applications of different entropy-based complexity measures are explored and this work sheds light on the capabilities, added value and limitations of these techniques. This investigation presents the integration of information flow measures to gain deeper understanding of plasma transport phenomena, by providing an approach to fast systematic data mining suited for real-time analysis. This work paves the way for further development and implementation of information-theoretic methods for plasma data analysis.
In summary, this research highlights the gained insight on CERC transitions, while showcasing the feasibility, added values and limitations of information flow measure analysis for fusion studies, to induce theory based analysis revealing new insights in fundamental, stellarator-specific transport mechanisms.
Im septischen Schock wird zur Kreislaufstabilisierung neben Katecholaminen auch Vasopressin eingesetzt. Aus dem Tiermodell ist bekannt, dass die selektive AVPR1a Stimulation der unspezifischen AVPR-Stimulation durch Vasopressin bezüglich des Outcomes und der Hämodynamik überlegen ist. Die Rolle der Vasopressinrezeptoren und die molekularen Mechanismen im Zusammenhang mit dem Kapillarleck sind aber noch weitestgehend unerforscht. Bekannt ist, dass es bei Stimulation des AVPR2 durch Desmopressin zu einer Ausschüttung von vWF aus den Weibel-Palade-Bodies in vivo kommt. Die Weibel-Palade-Bodies enthalten unter anderen auch Ang-2, welches bei septischen Patienten im Blut erhöht ist und mit anderen inflammatorischen Werten, wie dem CRP und dem TNF-alpha korreliert. Auch für andere Inhaltsstoffe in den Weibel-Palade-Bodies beispielsweise P-Selektin ist dies nachgewiesen. Daraus resultiert die Frage, welchen Einfluss Vasopressin auf die Ausschüttung kapillär destabilisierender Mediatoren hat und weiterführend auch auf die Ausbildung eines Kapillarlecks. Ziel dieser Arbeit war es, ein Zellkulturmodell zur Untersuchung von AVPR1a und AVPR2- Agonisten und -Antagonisten bezüglich ihrer Ausschüttung von vWF, Ang-1, Ang-2 und P-Selektin zu entwickeln und ihre Auswirkung auf das Kapillarleck in vivo zu analysieren.
HUVEC, HDMEC und HPMEC, primäre endotheliale mikrovaskuläre Zellen, wurden mittels Immunfluoreszenz, Western-Blot, FACS und rtPCR auf die Expression von AVPR1a, AVPR2 und vWF untersucht. Primär musste verifiziert werden, dass es bei Stimulation von AVPR2 durch Desmopressin in diesem Modell zu einer Ausschüttung von vWF aus Weibel-Palade-Bodies kommt. Hierzu wurde ein Protokoll erarbeitet, mit welchem anschließend die Ausschüttung von anderen Mediatoren mittels ELISA analysiert werden konnte. Außerdem der Trans-Well- Assays etabliert und analysiert mit der Frage, ob diese Methode mittels TEER und Durchlässigkeit für FITC-Albumin zur In-vitro-Untersuchung der Wirkung von Desmopressin auf einen endothelialen Monolayer geeignet ist.
Entgegen den Beschreibungen in der Literatur konnte HUVEC nicht als Kontrollzelllinie genutzt werden, da sie, wie mittels Immunfluoreszenz, Western-Blot und rtPCR nachgewiesen wurde, genauso wie HDMEC und HPMEC sowohl AVPR1, als auch AVPR 2 exprimieren. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass HPMEC aufgrund seiner geringen Grundproduktion an vWF nicht als Zelllinie zur Untersuchung der Ausschüttung von vWF geeignet sind. In Etablierungsversuchen konnte herausgefunden werden, dass es nach 10-minütiger Inkubation mit 1000 nM Desmopressin in KRBP zu einem Anstieg von vWF und Ang-2 im Überstand kam, während Ang-1 und P-Selektin unverändert niedrig blieben. Vorausgehend mussten andere Inkubationszeiträume, andere Inkubationsmedien und Inkubationswells getestet werden. Im Verlauf zeigte sich das Arbeiten mit primären Zellen bezüglich der Reproduzierbarkeit unbeständig. Auch konnten keine Effekte durch Vasopressin, POV oder Tolvaptan dargestellt werden. Bei der Etablierung des Trans-Well-Assay zeigte sich die Wachstumskontrolle mittels TEER nicht geeignet. Die Versuchsdurchführung mit Desmopressininkubation des endothelialen Monolayers im Trans-Well unterlag sowohl in der TEER Messung als auch bezüglich der Durchlässigkeit für FITC-Albumin vielen Schwankungen, und es konnten keine validen Ergebnisse erzielt werden. Der Trans-Well-Assay kann als Untersuchungsmethode in diesem Set-up nicht empfohlen werden.
Da die Versuchsergebnisse sehr variierten, gilt es diese im Verlauf zu minimieren. Hierzu wäre ein Modell, welches eine kontinuierliche Messung möglich macht von Vorteil. Auch scheint die Ausbildung von AVPR1a und AVPR2, sowie die Synthese von vWF und anderer Bestandteile der Weibel-Palade-Bodies starken Schwankungen zu unterliegen, hier könnten transfizierte, immortalisierte Zellen für mehr Stabilität sorgen, allerdings würde dies auch eine Entfernung zu in vivo Bedingungen bedeuten.
In der DDR wurde im Leistungssport staatlicherseits ein System entwickelt, welches sich unter anderem durch den Einsatz von leistungssteigernden Substanzen auszeichnete. Diese Substanzen zogen häufig schwere somatische Schäden nach sich. Die Sportler*innen wussten in den meisten Fällen nicht, dass sie diese Mittel erhielten und waren häufig minderjährig. Der Alltag der Sportler*innen war meist durch prekäre physische sowie psychische Trainingsbedingungen geprägt. Auf Grund von Schilderungen der Betroffenen, Berichten von Sporthistoriker*innen und Unterlagen des Ministeriums für Staatssicherheit lässt sich vermuten, dass ein erheblicher Teil der Sportler*innen unter psychischen Erkrankungen leidet. Daher sollte die psychische Verfassung überblickshaft dargestellt werden.
Vor diesem Hintergrund wurden Fragebogenpakete an 1200 Proband*innen verschickt, die sich bis zum Erhebungszeitpunkt ratsuchend an die Doping-Opfer-Hilfe e.V. gewendet hatten. Diese Pakete enthielten jeweils 13 Selbstbeurteilungsskalen zur psychischen Symptomatik bzw. Persönlichkeitsmerkmalen. Die Ergebnisse wurden mit einer nach Alter und Geschlecht parallelisierten Stichprobe (N=255) aus der Allgemeinbevölkerung verglichen.
Auf allen untersuchten Skalen konnten signifikante Unterschiede festgestellt werden. Der Großteil der betroffenen Sportlerinnen und Sportler wies eine klinisch-relevante psychische Belastung auf. Exemplarisch hierfür sind eine hohe Punktprävalenz für Posttraumatische Belastungsstörungen (21,1%) und eine klinisch relevante depressive Symptomatik (65,19%).
Vermutlich konnten die negativen Erlebnisse im Kindes- und Jugendalter auf zwei Arten pathogen wirken. Zum einen konnten sie direkt psychische Erkrankungen auslösen und zum anderen fand eine negative Beeinflussung der Entwicklung statt, welche bei den Betroffenen zu einer erhöhten Vulnerabilität gegenüber späteren Stressereignissen führen konnte. Aufgrund des Querschnittsdesigns der Studie müssen potenziell kausale Zusammenhänge jedoch mit Zurückhaltung diskutiert werden. Eine Berücksichtigung der Sportarten bei weiteren Untersuchungen könnte besondere Risikogruppen darstellen.
Research into nuclear physics has enjoyed a long and rich history since the earliest experiments began investigating atomic constituents. The discovery of the atomic nucleus in the early 20th century started a complex field of research that has undergone many transformations with the advancements of modern technology. Today, atomic nuclei are not only studied to advance our understanding of the strong force but also to gain more information on the synthesis of elements in the universe, to exploit nuclear decay to investigate the weak interaction, and to search for physics beyond the standard model.
In this work, we will study the strong force in atomic nuclei, i.e. the way nucleons (protons and neutrons) arrange themselves in a many-body system governed by the repulsive Coulomb interaction and the attractive strong interaction. In particular, we will focus on nuclear structure near nuclei with a "magic number" of Z protons and N neutrons, so-called doubly-magic nuclei, exhibiting a particularly stable configuration with respect to neighboring nuclei.
Within the nuclear shell model, similar to the atomic shells, the magic numbers indicate shell closures accompanied by energy gaps. Nuclei at double-shell closures and their direct vicinity provide an important playground to benchmark nuclear theories and models that aim to predict the intricate interplay of the nucleons that lead to enhanced nuclear binding energies, significant changes in charge radii and transition strengths, etc.
Of particular interest are nuclear isomers, long-lived excited states, in which the nucleon configuration with respect to its ground state is altered, resulting in a modification of their properties despite having the same number of protons and neutrons.
The main part of this work consists of three publications, which report on nuclear structure investigations through mass measurements and laser spectroscopy near the doubly magic nuclei nickel-78, tin-100, and lead-208.
The nuclides investigated in this work include neutron-deficient indium isotopes, neutron-rich zinc isotopes, and neutron-rich mercury isotopes.
Although the outcome of patients with acute myeloid leukemia (AML) has
improved in the past decades, the overall survival is below 50% [1, 2] and there
is still an unmet need for the development of new therapeutic strategies. Here,
we aimed to identify functional vulnerabilities in AML and investigated the
therapeutic potential of target structures involved in proteostasis, cell polarity and
RNA-binding molecular pathways.
We determined that genetic deletion of the cell fate determinant and polarity
regulator Scribble delays AML development, however, its deletion also seems to
affect the proliferative capacity of normal hematopoietic cells, lowering its value
as a therapeutic target. In contrast, inactivation of YBX1 (a pleiotropic protein with
DNA/RNA binding capacity that excerpts post-transcriptional control on its
targets) and PSMB8/LMP7 (a catalytic subunit of the immunoproteasome multiprotein
complex that belongs to the ubiquitin-proteasome system (UPS)) inhibit
leukemic cells without influencing normal hematopoietic stem and progenitor cell
function, establishing these targets as potential novel therapeutic strategies
against AML.
Genetic deletion of YBX1 caused reduced proliferation and colony forming
capacity in leukemic cells independent of the oncogenic driver mutation and
delayed AML development in vivo. The role of Ybx1 in leukemia maintenance
was investigated using a conditional knockout model, confirming the functional
requirement of Ybx1 in AML maintenance. Mechanistically, YBX1 recruited
oncogenic transcripts to polysomes, increasing their translation. Displacement of
these transcripts from polysomes after YBX1 deletion decreased their protein
expression.
Genetic and pharmacologic inhibition of PSMB8/LMP7 decreased proliferation
and colony forming capacity selectively in KMT2A (MLL)-rearranged leukemic
cells. In vivo treatment with a PSMB8/LMP7 inhibitor delayed disease
development in KMT2A-rearranged leukemic mice or patient derived xenografts
(PDX). We identified the transcriptional corepressor BASP1 as a functional
effector of the immunoproteasome. BASP1 was enriched after PSMB8/LMP7
inhibition and it was found binding to KMT2A-target genes. Moreover,
pharmacologic inhibition of PSMB8/LMP7 led to decreased expression of bonafide
KMT2A-fusion target genes and enrichment for genes deregulated by
inhibitors of the KMT2A complex partners DOT1L and MEN1. This prompted us
to investigate a potential synergism between MEN1 inhibition and
immunoproteasome inhibition. Combination treatment in AML cells revealed
decreased proliferation in vitro and increased survival in vivo as compared to the
single treatments, demonstrating the therapeutic potential of combining
immunoproteasome and MEN1 inhibitors.
This thesis presents the production of polyanionic clusters within two ion storage devices:
Considering a Penning trap, the accessible range of polyanionic aluminium clusters has been expanded up to the 10th charge state. In particular, abundance curves for clusters with 5 to 9 excess electrons have been measured for the first time and analysed with respect to their lifetime-dependent appearance sizes. These sizes reveal a nearly quadratic dependency on the charge state for experimentally accessible lifetimes.
Additionally, the production of polyanionic clusters has been enabled in a radiofrequency ion trap. Therefore, the transition from a harmonic to a digital 2- and 3-state guiding signal has been investigated with respect to the ion storage. The passing of electrons through the trap during field-free periods of the guiding signal led to the first production of polyanionic clusters within a radiofrequency ion trap.
Pregnancy involves adaptations of the cellular composition in utero to establish a functioning fetal-maternal interface. Different subsets of leukocytes populate the endometrium and contribute to tolerance of the fetal allograft while protecting it from potentially threatening infections or rejection. ¬¬Innate lymphoid cells are recently discovered immune cells that, besides the gut, lung and skin, possess immunoregulatory functions in the female reproductive tract, especially during gestation. Although present at the fetal-maternal interface, the dynamics of ILC migration during pregnancy remains poorly investigated. The involvement of homing receptors in ILC migration to the uterus was the main subject of the present work.
First, the expression of homing receptors on ILCs from miscellaneous organs was assessed across the course of murine pregnancy in vivo by means of flow cytometry. Then, their migratory capacity towards pregnancy-relevant chemokines was investigated in vitro. The impact of pregnancy related hormones on the migration and homing of ILCs was then analysed in vitro via migration assays.
The results confirm altered proportions of ILCs in utero and the altered expression of homing receptors in ILCs in pregnancy. Different murine lymphoid organs showed augmented expression of chemokine receptors and decreased levels of homing integrin α4β7 in the first trimester, suggesting enhanced migration patterns of ILCs during early pregnancy. Subsequently, migration assays were used to demonstrate the role of different chemokine ligands in enhancing ILC migration.
Eventually, the alterations in homing receptor expression were correlated with female pregnancy hormones. Progesterone treatment caused similar effects on homing receptor expression in ILCs as observed during early gestation. These results represent the first study evaluating the effect of sex steroid hormones on ILC chemokine receptor distribution.
Taken together, our results indicate the involvement of pregnancy-relevant chemokines, including CCL4, CCL20 and CCL28, in the recruitment of ILCs to the uterus during pregnancy. The data highlight an endocrinological-immune crosstalk in the regulation of ILC homing to the female reproductive tract. Gestation alters chemokine receptor expression in order to regulate the access of immune cell subsets to the fetal-maternal interface. An adequate regulation is highly needed, as a lack or abundance of different subgroups could result in pregnancy complications, including fetal loss, pre-eclampsia or pre-term birth. Thus, the role of ILC chemotaxis to the pregnant uterus and its regulation are of interest in the understanding, prevention and treatment of the clinically relevant obstetric diseases.
Das Neuroblastom, ist der häufigste extrakranielle, maligne, solide, kindliche Tumor und in etwa 37 % der Fälle ist das Tumorleiden bei der Erstdiagnose bereits in einem fortgeschrittenen Stadium mit eingeschränkter Resektabilität oder metastatischer Ausbreitung. Das Therapieregime umfasst je nach Stadium: Tumorresektion, zum Teil auch nach neoadjuvanter Therapie; insbesondere bei unvollständiger Resektion folgt dann meist eine weitere adjuvante Therapie; bei fehlender Resektabilität können konservative Therapieformen mit kurativem Ansatz zum Einsatz kommen.
Für Staging und Therapiemonitoring werden Kontrastmittel-MRT genutzt. Oft werden dabei auch diffusionsgewichtete Aufnahmen (DWI) durchgeführt, welche die Bestimmung mittlerer ADC-Werte (apparant diffusion coefficient) zur quantitativen Beurteilung von Diffusion in einem Tumors ermöglichen. Hieraus lassen sich unter anderem Rückschlüsse auf histologische Tumoreigenschaften ziehen. Derartige Erkenntnisse finden auch zunehmend Beachtung im Monitoring von Therapieansprechen maligner Läsionen: U.a. wurde ein Anstieg des ADC-Werts bei Ansprechen von Karzinomen auf Chemotherapie beschrieben. Die Veränderungen des ADC-Werts waren dabei zum Teil bereits messbar, bevor eine Größenreduktion des Tumors beobachtet werden konnte. Übliche Kriterien zur Bestimmung von Therapieansprechen können also durch ADC-Werte ergänzt werden, um so möglicherweise eine frühzeitigere Aussage bezüglich des Therapieansprechens zu treffen. Bisherige Erkenntnisse zur DWI bei Neuroblastomen zeigen ein vergleichbares Bild. Allerdings konnte keine Aussage über eine frühzeitige Änderung des ADC-Werts bei Therapieansprechen getroffen werden.
In der vorliegenden Arbeit sollten drei Fragestellungen beantwortet werden:
Kommt es bei Neuroblastomen unter Therapie zu einer (frühzeitigen) Veränderung des ADC-Werts als Ausdruck therapie-assoziierter Veränderungen? Falls ja, ist sie abhängig von der Therapieform und können die ADC-Veränderungen als prognostische Marker dienen?
Es wurden alle hausinternen und externen MRT-Untersuchungen von Patienten mit Neuroblastomerkrankung der Klinik für Kinder- und Jugendmedizin der Universität Greifswald aus dem Zeitraum von 06.2007 bis 08.2014 ausgewertet. Die MRT-Untersuchungen wurden eingeteilt in: Prestaging = Untersuchung vor Start der jeweiligen Therapieform; Zwischenstaging = Untersuchung während laufender Therapie; Abschlussstaging = Untersuchung nach Abschluss der jeweiligen Therapieform; Follow-Up = Folgeuntersuchung nach Abschlussstaging ohne Therapiebezug. Zur Bewertung des Krankheitsverlaufs wurde eine Einteilung in „Progress“ und „stable disease“ bzw. „Regress“ anhand der jeweiligen Abschlussstagings vorgenommen. Zur Bestimmung der jeweiligen ADC-Werte wurde eine Region of Interest (ROI) entlang der Grenzen aller Tumormanifestation eingezeichnet.
Zur Berechnung von ADC-Veränderungen (∆ADC) wurde, wenn vorhanden, als baseline und Bezugspunkt dabei immer das jeweilige MRT des Prestaging bzw. bei Therapien, welche direkt im Anschluss an vorherige Therapien erfolgten, das zugehörige, vorhergegangene Staging genutzt (n = 45). Bei follow-up Untersuchungen wurde als Bezugspunkt die jeweils vorhergegangene Untersuchung herangezogen (n=25). Die ∆ADC teilen sich auf in ∆ADC-Regress bei Regress (n = 5); ∆ADC-Stable bei stable disease (n = 50) und ∆ADC bei Progress (n = 15). Außerdem wurden solche zusätzlich ausgewählt, deren Errechnung eine Untersuchung unter Therapie nutzte und sie zwischen 60 und 120 d von der jeweiligen baseline entfernt stattfand: er∆ADC-Regress (n = 4), er∆ADC-Stable (n = 11) und er∆ADC-Progress (n = 7).
Unterschiede wurden mittels Mann-Whitney-Test auf Signifikanz getestet (Signifikanzniveau p < 0.05).
Das Neuroblastomregister der Klinik für Kinder und Jugendmedizin der Universitätsmedizin Greifswald umfasste zum Studienzeitpunkt 113 Patienten von denen 79 Patienten anhand Ausschlusskriterien ausschieden, konnten 34 Patienten mit insgesamt 40 auswertbaren Tumormanifestationen und 121 diffusionsgewichteten MRT-Untersuchungen eingeschlossen wurden. Bei 27 Patienten lag eine Neuroblastomerkrankung im Stadium IV nach INSS vor und in 7 Fällen eine Neuroblastomerkrankung im Stadium III nach INSS. Bei 11 Tumorerkrankungen lag eine positive N-MYC-Expression vor, 17 Patienten wurden auf N-MYC negativ getestet (6 Fälle keine Angaben). 26 Patienten wurden der high-risk-Gruppe nach INRG zugeordnet und 8 Patienten der intermediate-risk-Gruppe.
Es zeigte sich ein signifikanter Unterschied der ADC-Mittelwerte aus der high-risk gegenüber der intermediate-risk Gruppe nach INRG.
Bei Betrachtung des Krankheitsverlaufs kam es insgesamt bei Regress zu einem deutlichen Anstieg und beim Progress zu einem deutlichen Abfall des ADC-Werts. Die Unterschiede zwischen den mittleren ∆ADC-Werten (absolut und prozentual) nach Krankheitsverlauf waren dabei signifikant: zwischen ∆ADC-Regress und ∆ADC-Stable; zwischen ∆ADC-Progress und ∆ADC-Stable sowie zwischen ∆ADC-Regress und ∆ADC-Progress. Auch waren die Unterschiede zwischen den mittleren er∆ADC-Werten (absolut und prozentual) nach Krankheitsverlauf teils signifikant: zwischen er∆ADC-Regress und er∆ADC-Stable sowie zwischen er∆ADC-Regress und er∆ADC-Progress. In Abhängigkeit von der Therapieform, N-MYC-Status und Risiko-Gruppen konnten keine zusätzlichen signifikanten Unterschiede der ∆ADC gesehen werden.
Die hier vorliegenden Ergebnisse konnten einen klaren Zusammenhang der ADC-Veränderungen mit dem Therapieansprechen, auch bereits innerhalb der ersten 120 Tagen nach Therapiebeginn, demonstrieren. Derartige Zusammenhänge sind auf einer Linie mit den bisherigen Veröffentlichungen zu diesem Thema und passen zur theoretischen Überlegung welche sich aus Histopathologie und physikalischer Grundlage ergibt. So korrespondiert ein Anstieg des ADC-Werts mit einer hören Wahrscheinlichkeit eines Therapieansprechens bzw. ein Abfall mit einer größeren Wahrscheinlichkeit eines Progresses. Geringe Veränderungen / ein Gleichbleiben des Wertes zeigten sich dagegen besonders oft bei stabilen Krankheitsverläufen. Diese Korrelationen sind dabei auch bereits schon nach maximal 120 Tagen nach Therapiebeginn signifikant. Klassische bildmophologische Kriterien sind in diesem Zeitraum oft nicht ausreichend um eine sichere Aussage bezüglich Therapieansprechen zu tätigen. Hier kann der ADC bzw. seine Veränderung Auskunft geben und so frühzeitig eine Prognose bezüglich des Therapieerfolges liefern.
Innovative Wirkstoffe stellen die Entwickler und Entwicklerinnen von pharmazeutischen Darreichungsformen vor große Herausforderungen. Viele neue Arzneistoffe weisen eine unzureichende orale Bioverfügbarkeit auf. Die Gründe hierfür sind vielfältig und liegen unter anderem in der ortsabhängigen Löslichkeit und Permeabilität der betreffenden Substanzen. Dieser Problematik kann auf chemischer und technologischer Ebene begegnet werden. Auf der Seite der pharmazeutischen Technologie besteht beispielsweise die Möglichkeit, mukoadhäsive Darreichungsformen zu entwickeln. Darunter versteht man Systeme, die an der Schleimhaut haften und dadurch eine Retention des Arzneistoffes an der entsprechenden Stelle bewirken. Einerseits führt dies zu einer lokalen Erhöhung der Wirkstoffkonzentration, andererseits wird durch die Adhäsion die potenzielle Resorptionszeit verlängert. Beide Faktoren können sich positiv auf die Bioverfügbarkeit auswirken.
Zur Charakterisierung mukoadhäsiver Arzneiformen sind verschiedene Methoden beschrieben worden, von denen jedoch keine standardisiert ist. Mögliche Einflussfaktoren auf die Messung wurden in der Vergangenheit teilweise nicht ausreichend evaluiert, was die Konzeption einer geeigneten Messmethode erschwert. In der vorliegenden Arbeit wurde systematisch eine Methode zur Messung der Adhäsivität von Polyvinylalkohol-Filmen auf Basis der Messung der maximalen Haftkraft erarbeitet. Dazu wurde im ersten Teil der Arbeit ein in vitro-Test durchgeführt, der zur Aufklärung gerätespezifischer Einflussfaktoren diente. Es zeigte sich, dass die Adhäsion von PVA-Filmen an biomimetischen Agar/Muzin-Gelen in erster Linie zeitabhängig ist. Das Maximum der Adhäsion konnte nach 3 min beobachtet werden. In dieser Zeit kommt es zu einer Quellung des zuvor festen Films, wodurch die Beweglichkeit der Polymerketten zunimmt. Dies kann die Vernetzung von Polymer und Muzin begünstigen, wodurch die Adhäsion zunimmt. Nach Überschreiten eines Maximums kommt es zu einer Überhydratisierung des Systems und zu einer Abnahme der Kohäsion, so dass der Gelfilm beim Entfernen der Messsonde in sich reißt.
Die Geschwindigkeit, mit der die Sonde entfernt wurde, beeinflusste ebenfalls die Ergebnisse der Untersuchungen. Höhere Geschwindigkeiten führten zu höheren berechneten Adhäsionsarbeiten Wad, während die maximale Abrisskraft Fmax ein Plateau erreichte. Dieses Verhalten könnte durch die viskoelastischen Eigenschaften der beteiligten Bindungspartner beeinflusst werden.
Bezüglich der gerätespezifischen Parameter schien die Anpresskraft des Mukoadhäsivs an das biomimetische Gel den geringsten Effekt auszuüben. Unter Berücksichtigung der verwendeten Kraftmesszelle und der Integrität des Gels sollten höhere Anpresskräfte verwendet werden. Je nach Applikationsort sind physiologische Drücke zu berücksichtigen.
Ausgehend von den in vitro gewonnenen Erkenntnissen wurden anschließend zwei ex vivo Versuche durchgeführt. Diese Versuche konzentrierten sich auf die Eigenschaften der Substrate selbst, auf denen die PVA-Filme haften sollten. Der Einfluss der Präparation der verwendeten Gewebe auf die Adhäsion wurde sowohl an Dünndarmpräparaten vom Schwein als auch am Menschen untersucht. Die Gewebe wurden zum einen im frischen Zustand unmittelbar nach der Entnahme für die Mukoadhäsionsmessungen verwendet, im zweiten Versuchsabschnitt wurden sie für eine Woche im Gefrierschrank gelagert und für die Experimente aufgetaut. Bei den Schweinedärmen stellte sich die Frage, ob die Reinigung der frischen Därme einen zusätzlichen Effekt haben könnte. Aufgrund der geringen Probenzahl konnte kein eindeutiger Trend festgestellt werden. Bei zwei von drei Versuchstieren erhöhte sich die errechnete Arbeit (Wad) durch die vorsichtige Reinigung. Beim Auftauen der gereinigten Gewebe konnte bei allen Versuchstieren ein Anstieg der Wad sowie der maximalen Abrisskraft beobachtet werden. Diese Daten wurden statistisch mit den Ergebnissen der ex vivo-Humanstudie verglichen. Das Probandenkollektiv, dessen Daten in die Untersuchungen einflossen, umfasste insgesamt 12 Teilnehmer, die sich aufgrund verschiedener gastrointestinaler Erkrankungen einer geplanten Operation unterziehen mussten. Gesundes Dünndarmgewebe, das aus operationstechnischen Gründen zusätzlich zum erkrankten Gewebe entfernt werden musste, wurde im Rahmen der Studie verwendet. Der statistische Vergleich der Gewebe unterschiedlicher Herkunft zeigte sowohl im frischen als auch im aufgetauten Zustand keine signifikanten Unterschiede. Bei Betrachtung der einzelnen Messwerte konnte jedoch festgestellt werden, dass die berechneten Wad bei menschlichem Gewebe etwas höher lagen als bei Schweinepräparaten. Eine größere Probenzahl könnte einen möglichen statistisch signifikanten Unterschied aufzeigen. Bei menschlichem Gewebe konnte außerdem festgestellt werden, dass die Verwendung einer Messeinstellung mit höherer Anpresskraft, längerer Kontaktzeit und schnellerem Entfernen der Messsonde zu signifikant höheren Wad führte (Einstellung A vs. Einstellung B). Bei allen Messungen wurde deutlich, dass die Adhäsionsarbeit empfindlicher auf Änderungen der Messparameter reagiert und daher möglicherweise der geeignetere Surrogatparameter für die Quantifizierung der Mukoadhäsion ist. Insgesamt zeigte sich bei den biologischen Präparaten eine deutlich größere Variabilität der Messwerte als bei den in vitro-Versuchen. Bei dem humanen Gewebe der ex vivo-Studie handelte es sich um Gewebe, welches von der für den Eingriff ursächlichen Erkrankung nicht betroffen war. In diesem Zusammenhang ist die große interindividuelle Variabilität der Messwerte auf der gesunden Schleimhaut hervorzuheben. Bei der Anwendung mukoadhäsiver Filme auf histologisch veränderter, pathogener Schleimhaut könnte die Mukoadhäsion möglichweise sogar weitaus variabler sein, da in diesem Fall neben der histologischen Veränderung auch eine mögliche Begleitmedikation eine Rolle spielen könnte. Diese Aspekte sollten bei dem Design einer Darreichungsform, aber auch eines geeigneten Testsystems zukünftig berücksichtigt werden.
Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse können zur weiteren Optimierung und Validierung einer Messmethode für die Mukoadhäsion beitragen, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu erhöhen. Um die biologische Relevanz dieser in vitro-Experimente zu verbessern, können physiologische Daten aus telemetrischen Systemen genutzt und in den experimentellen Aufbau implementiert werden.
The thesis investigates the occurrence of the Early Modern European witch-hunt within the distinctively diverse society of the Grand Duchy of Lithuania. Positioned at the intersection of Latin and post-Byzantine cultures, along with Western and Eastern Christianity, this region lay on the frontlines of the Reformation and Counter-Reformation. The research aims to analyze the specific characteristics of the witch-hunt in this area, considering it a case study of social and cultural interaction within a borderland. It focuses particularly on identifying the distinctive aspects of the Lithuanian witch-hunt, examining the social and cultural roots of the witch trials, and exploring their relationship to the broader social and cultural developments of the period.
Central to this study is a detailed examination of the witch trials and an analysis of court materials. The thesis posits a socio-cultural interpretation of witch persecutions, arguing that they were culturally influenced manifestations of social tensions, enacted through legal mechanisms. The emergence of new Early Modern challenges, such as the social consequences of agrarian reform, the expansion of manorialism, and serfdom, led to novel tensions, conflicts, and responses, including accusations of witchcraft. The importation of authoritative foreign ideas about witchcraft reinvigorated, facilitated, and shaped pre-existing moderate indigenous beliefs, a process facilitated by religious struggles and Catholic post-Tridentine confessionalization. The Lithuanian legal system provided an environment conducive to an intensive witch-hunt, with witchcraft being a secular grave felony tried in highly decentralized and poorly supervised courts. However, this potential was largely unrealized. The study argues that the cultural diversity of the society played a major role in inhibiting the spread of Western witchcraft discourse, thereby limiting the extent of the witch-hunt in the Grand Duchy of Lithuania.
Das Neuroblastom (NB) stellt als Tumor des sympathischen Nervenstranges den häufigsten extrakraniellen soliden Tumor des Kindesalters dar. Ein Bedarf innovativer Therapien, welche eine effektive Anti-Tumorantwort induzieren, ergibt sich aus dessen heterogener Charakteristik, höchst aggressivem Wachstum und trotz Therapien hohen Rezidivraten der high-risk-Patient*innen. In den letzten Jahren konnten durch zunehmende Erkenntnisse im Bereich der Tumor- immunologie verschiedene immuntherapeutische Verfahren etabliert werden. So stellt die Anti-GD2-Therapie (ch14.18/CHO) einen zentralen klinischen Pfeiler der multimodalen Therapie des high-risk-NB dar. Hierbei werden Anti-GD2-AK verab- reicht, die das NB-spezifische Antigen GD2 erkennen, was zur gezielten Aktivierung des körpereigenen Immunsystems hauptsächlich durch NK-Zellen mit anschlie- ßender Tumorzelllyse führt. Herausforderungen ergeben sich aus der Überwindung der immuninhibitorischen Tumorumgebung sowie der Reduzierung natürlicher Regulationsmechanismen.
Vorherige Arbeiten der Arbeitsgruppe haben eine Anti-GD2-Immuntherapie abhängige Induktion des Immuncheckpoints PD-1/PD-L1 sowie der regulatorischen myeloiden CD11b+-Zellen (MRC) gezeigt. Für die vorliegende Arbeit war nun die Rolle der CD11b+ MRC von besonderem Interesse. Hierfür wurden CD11b+ Zellen in einem syngenen NB-Mausmodell mittels Anti-CD11b-AK blockiert oder durch 5-FU selektiv depletiert, was zu einem deutlich reduzierten Tumorwachstum und verbessertem Überleben führte. Zusätzlich wurde mittels RT-PCR die relative Gen- expression MRC-modulierender Gene (Arg1, CCL2, GM-CSF, IDO, IFNγ, IL-1β, IL-4, IL-6, IL-6R, IL-8, IL-10, M-CSF, M-CSFR, iNOS, TGF-β1 und VEGF-A) in der Tumormikroumgebung sowie der Milz evaluiert. Hier wurde eine Reduktion der modulierenden Gene nicht nur in der Tumormikroumgebung, sondern sogar peri- pher durch die Depletion von MRC nachgewiesen. Somit konnte eine negative Rolle der MRC beim NB bestätigt werden.
Diese Ergebnisse stellten eine Grundlage für die kombinierte Immuntherapie aus Anti-GD2-AK und MRC-Depletion dar. Eine Steigerung der antitumoralen Wirksam- keit im Vergleich zu den entsprechenden Monotherapien wurde gezeigt. Dabei wurden eine verbesserte Überlebenswahrscheinlichkeit und ein reduziertes Tumor- wachstum festgestellt. Die vorliegenden Ergebnisse liefern daher die Grundlage für einen neuartigen kombinierten Therapieansatz, um die immer noch schlechten Überlebenschancen der high-risk-Patient*innen zu verbessern.
Beeinflussung der Wundheilung von respiratorischen Epithelzellen in vitro durch Roxithromycin
(2023)
In der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss des Makrolid-Antibiotikums Roxithromycin auf die frühe Phase der postoperativen Wundheilung am Zellkulturmodell untersucht werden. Gründe für den Einsatz des Medikamentes sind abseits der bekannten bakterios-tatischen Wirkung insbesondere die in der Langzeitanwendung beschriebenen immunmodulatorischen Effekte. Es sollte untersucht werden, ob diese bereits in der Akutsituation zu einem Benefit in der Wundheilung im HNO-Bereich führen, da Wundhei-lung hier sekundär verläuft und Wundheilungsstörungen durch Fibrosierungen und Re- Stenosen nicht selten zu einer operativen Korrektur zwingen.
Gewählt wurden S9-Zellen als Modell für respiratorisches Epithel, welche einer standardi-sierten Wundsetzung durch Stanzung unterzogen wurden. Mittels AlamarBlue-Assay wurden zytotoxische Medikamentenkonzentrationen herausgearbeitet und im Folgenden durch Konzentrationsfindungsversuche über 120 Stunden mit kombinierter Wundsetzung bestätigt. Im Vergleich zur Kontrollgruppe beschleunigt Roxithromycin in Konzentrationen von 10 µg/ml, 20 µg/ml und 40 µg/ml eher die Wundheilung, während Konzentrationen von 80 µg/ml und 160 µg/ml zu einer signifikanten (p ≤ 0.01 bzw. p ≤ 0.05) Hemmung der Wundheilung führen. Die Effekte waren jeweils über die ganze Beobachtungsdauer und im Ausmaß zunehmend nachweisbar. Roxithromycin in einer Konzentration von 160 μg/ml konnte die Zellproliferation 96 und 120 h nach Wundsetzung so stark hemmen, dass die residuale Wundfläche sogar anstieg.
In einem Validierungsansatz konnte zudem herausgearbeitet werden, dass die Wundsetzung konsequenterweise von nur einer/m Experimentierenden erfolgen sollte, um ein re-produzierbares Ergebnis zu erhalten, während sich kein Unterschied in der Auswertung der Wundflächen durch verschiedene Personen zeigte.
Zum Verständnis der molekularbiologischen Effekte des Medikamentes auf Epithelzellen wurden unter Berücksichtigung der in der Literatur beschriebenen maximalen Serumkonzentration bei systemischer Anwendung von Roxithromycin (7,28 ± 1,85 mg/l), fehlenden Hinweisen auf einen zytotoxischen Effekt sowie tendenziell beschleunigter Wundheilung nachfolgend 2D–DIGE-Experimente gekoppelt mit massenspektrometrischen Proteinidentifikationen für die Roxithromycinkonzentration von 10 µg/ml durchgeführt. Es ergaben sich Hinweise auf eine Förderung des Zellwachstums durch Beeinflussung des Polyaminmetabolismus über Induktion der Spermidinsynthase und darüber hinaus Spermidin-abhängige Modifikation des Translationsfaktors EIF5A. Des Weiteren wurde eine Nrf2-assoziierte Antwort auf oxidativen Streß bereits bei niedriger Roxithromycin- Konzentration von 10 µg/ml als protektiver Faktor ermittelt. Durch quantitative LC-MS/MS-Analysen wurde dieser Effekt ebenso für Konzentrationen von 20 und 40 µg/ml Roxithromycin bestätigt. Der weitläufig dokumentierte konzentrationsabhängige zytotoxische Effekt des Medikamentes bei höheren Konzentrationen konnte auch in dieser Arbeit gezeigt werden. Während apoptoseauslösende Proteine in der Konzentration von 10 µg/ml nicht nachgewiesen werden konnten, gelang in höheren Roxithromycin-Konzentrationen eine Darstellung von regulierten Proteinen des intrinsischen und extrinsischen Apoptoseweges, bis hin zur bereits mikroskopisch erfassbaren Zelldepletion bei Konzentrationen von 80 und 160 µg/ml. Insbesondere bei der Konzentration von 20 µg/ml fanden sich Hinweie, dass eine Regulation über den ERK1/2-Pathway stattfindet, welcher umfangreiche Funktionen wie Zytokinfreisetzung, Zellmigration, Zellproliferation und auch Zelltod moderiert.
Die Behandlung mit Roxithromycin führt in niedriger Konzentration (10 µg/ml) tendenziell zu einer beschleunigten Wundheilung ohne Auftreten zytotoxischer Effekte. Grundlage könnte die Aktivierung von Translationsfaktoren (EIF5A) und Protektion vor den Schäden durch oxidativen Streß sein. Damit stellt diese Therapie eine Option in der frühen postoperativen Situation im HNO-Bereich dar, welche allerdings weiterer Untersuchung z. B. durch Testung an Fibroblasten bedarf. Attraktiver erscheint das Outcome bei einer Medikamentenkonzentration von 20 µg/ml, da die epitheliale Wundheilung signifikant schneller abläuft und somit zu einem schnelleren Wundverschluß führt. Die molekularbiologischen Hinweise auf Induktion der Apoptose werden bei dieser Konzentration offenbar noch durch protektive Mechanismen über Beeinflussung der Zellmigration, Neutralisierung von Schäden durch oxidativen Streß und Eingriff in den ERK-Pathway aufgefangen, was bei höheren Roxithromycinkonzentrationen nicht mehr gelingt und in einer Zelldepletion mündet. Daher bietet sich für die Konzentration von 20 µg/ml insbesondere die topische Applikation als Salbenstrang oder Nasenspray an, um die positiven Effekte zu nutzen und die Limitation durch vorheriges Erreichen der maximalen Serumkonzentration zu umgehen. Empfehlenswert ist die Untersuchung des Medikamentes in weiteren Zell-reihen und in vivo da Wundheilung ein multimodaler Prozeß ist. Eine topische Applikation von ggf. höheren lokalen Konzentrationen scheint hier keinen zusätzlichen Nutzen darzustellen.
Ziel dieser Arbeit war die periodische Oberflächenstrukturierung von Ti6Al4V und Ti6Al4Nb-Oberflächen mittels UV-Strahlung, die präklinische Charakterisierung dieser hinsichtlich der Freisetzung von Metallionen und der Funktionalität humaner Osteoblasten und gingivaler Fibroblasten im Vergleich zu polierten Standardoberflächen.
Die Topografie der Oberflächen wurde mittels REM charakterisiert. Die Freisetzung von Metallionen wurde mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma quantifiziert. Zur Untersuchung der Biokompatibilität wurden das Adhäsionsvermögen, die metabolische Aktivität, die Proliferationskapazität, die Zytotoxizität, die Aktivität der ALP und Wachstumsfaktoren und Zytokine in Zellkulturüberständen quantifiziert.
Nach Kultivierung der humanen Osteoblasten wurde signifikant mehr Ti, Al und V von periodisch strukturierten Ti6Al4V-Oberflächen und signifikant weniger Ti und Nb von periodisch strukturierten Ti6Al4Nb-Oberflächen freigesetzt. Auf periodisch strukturierten Ti6Al4V- und Ti6Al4Nb-Oberflächen adhärierten beide Zellarten signifikant schlechter. Die adhärierten Fibroblasten proliferierten dabei signifikant schneller und zeigten eine bessere Viabilität auf den periodisch strukturierten Ti6Al4V- und Ti6Al4Nb-Oberflächen. Die Osteoblasten auf periodisch strukturierten Oberflächen wiesen nach osteogenen Stimulus eine signifikant höhere ALP-Aktivität auf. Das Sekretionsprofil von Wachstumsfaktoren und Zytokinen der humanen Osteoblasten und gingivalen Fibroblasten deutet auf einen ausgeglichenen immunmodulativen Effekt hin.
Die Ergebnisse der texturierten Ti6Al4Nb-Oberflächen zeigen eine bessere Biokompatibilität auf. Das kann durch weniger Metallfreisetzung im Vergleich zur polierten Oberfläche, unveränderte zelluläre Viabilität (humane Osteoblasten) und verbesserte Viabilität (gingivale Fibroblasten), verbesserter Proliferationskapazität (gingivale Fibroblasten) und ein ausgeglichenes immunmodulatives Sekretionsprofil begründet werden.
Damit die verbesserte Osteogenese in der Klinik genutzt werden kann, muss in einem nächsten Schritt überprüft werden, ob die verbesserte Matrixbildung die verminderte Adhäsion der Zellen kompensiert und die Applikation der periodischen Oberflächenstrukturen auf 3D-Oberflächen ermöglicht werden. Hierfür ist eine Testung der Ti6Al4Nb Titanlegierung am Tiermodell denkbar.
Hintergrund: Wie der akute Myokardinfarkt, das Polytrauma oder der Schlaganfall zählt auch die Sepsis zu den zeitkritischen Notfällen in der Medizin [3]. Ein zügiger Therapiebeginn mit Antibiotika ist notwendig, da eine Verzögerung einen negativen Einfluss auf das Überleben hat [13,14]. Durch die vielfältige klinische Symptomatik einer Sepsis ist die Diagnosestellung selbst für erfahrenes Personal erschwert [4]. Das Gehirn ist häufig von einer Organdysfunktion bei einer Sepsis betroffen [10,20]. Das Spektrum der klinischen Ausprägung ist facettenreich: Einschränkungen der Kognition, Desorientiertheit, Somnolenz, Koma, aber auch motorische Symptome und Krampfanfälle können auftreten [29,30,49].
Fragestellung: Wie ist das Management von Patient*innen mit einer Sepsis, die über die neurologische Notaufnahme und damit einer vermutlich vordergründig neurologischen Symptomatik aufgenommen wurden?
Patient*innen und Methoden: Aus allen Patient*innen, die vom 01.01.2009 bis 31.12.2017 in der neurologischen Notaufnahme/Stroke Unit der Universitätsmedizin Greifswald vorstellig wurden, wurde retrospektiv schrittweise eine Studienpopulation selektiert und untersucht. Verwendet wurden hierfür ICD-10 Codes, sowie Kriterien für eine vermutete Infektion, der qSOFA- und SOFA-Score. Schließlich entstand ein Studienkollektiv, das innerhalb der ersten 48 Stunden bei retrospektiver Betrachtung Kriterien einer Sepsis erfüllte. Bei diesen Patient*innen wurde unter anderem die zur Aufnahme führende Symptomatik erhoben, die Abnahme von Blutkulturen, Messung des Laktatspiegels, sowie der Beginn einer antiinfektiven Therapie als Maßnahmen des Surviving Sepsis Campaign Bundles erfasst [2].
Ergebnisse: Die Studie zeigt, dass eine Bewusstseinsstörung die am häufigsten zur Aufnahme führende Symptomatik darstellt. Darauf folgt eine allgemeine Verschlechterung des Allgemeinzustandes. Die Dauer bis zur Abnahme von Blutkulturen, Beginn einer antiinfektiven Therapie und Messung des Laktatspiegels ist deutlich länger als in der zum Untersuchungszeitpunkt gültigen Handlungsempfehlung der Surviving Sepsis Campaign vorgegeben [2,17].
Diskussion und Fazit: Warum die Dauer bis zur Durchführung der zum Untersuchungszeitpunkt leitliniengerechten Maßnahmen in dieser Studie deutlich länger ist als vorgegeben, lässt sich nur vermuten. Mögliche Ursachen können in der fehlenden Identifizierung, an unzureichender Therapiekenntnis oder Problemen bei der Kommunikation in der Behandlung liegen [95]. Gerade wenn eine neurologische Symptomatik im Vordergrund steht, besteht die Gefahr, eine Sepsis in der prä- oder frühen innerklinischen Versorgung zu übersehen [5]. Insgesamt sind Schulungen zum Thema Sepsis und speziell der verschiedenen neurologischen Ausprägungen für das gesamte Behandlungsteam neurologischer Notaufnahmen und Stroke Units notwendig. Ebenso sollte sowohl im Rettungsdienst als auch in neurologischen Notaufnahmesituationen sofort bei Symptomen wie einer neu aufgetretenen oder sich verschlechternden Bewusstseinsstörung aber auch Krampfanfällen, die Differentialdiagnose „Sepsis“ in Betracht gezogen und die betroffenen Patient*innen systematisch auf das Vorliegen einer Sepsis gescreent werden.
In this thesis, I was able to provide answers to transport processes in lipid monolayers, which are ultimately, all of biological relevance. In particular, I was interested in lipid oxidation and dynamic compression/expansion processes of surfactant monolayers at the air-water interface:
Lipid oxidation was shown to be a consequence of the formation of a high concentration of reactive oxygen species (ROS) during cell respiration, which finally can lead to severe cell damage. It is not yet understood clearly, which part of the lipid molecules is especially prone to a ROS attack. I was particularly interested in the role of the double bonds of the acyl chains of the lipid molecules during oxidation. Further, I wanted to know the time scales of lipid interaction with the ROS.
Compared to lipid vesicles, lipid monolayers have the advantage that many parameters of the system can be adjusted easily. In our system, I made use of this by setting the lateral pressure to low values during H2O2 treatment, which facilitated the ROS to reach the double bonds in the acyl chains.
A prime example of biological systems out of thermal equilibrium was given in the alveolus surface, which is covered with a surfactant monolayer. During breathing, these monolayers undergo such a highly dynamic compression and expansion. Arising flows from breathing could disrupt a film and consequently, it would lose its protective role. One of my goals was to understand flows and their influence on domain shape. Dependent on the strength of the flows, I expected different growth regimes, with differing prevailing transport processes. Once understanding the underlying mechanisms in domain shaping would allow me to draw conclusions on biological systems.
In order to address these questions, I established two systems, both based on the compression of lipid monolayers. I used isotherms to study the phase behavior of the lipids:9 During compression, the lipids can undergo phase transitions from the gaseous phase to the liquid expanded phase (LE-phase) and further from the LE-phase to the liquid condensed phase (LC-phase). A coexistence regime is observed in between the LE-phase and the LC-phase, characterized by a flat increase of lateral pressure with decreasing molecular area. Some lipids exhibited LC-phase domains. These were further investigated with Brewster angle microscopy (BAM). The used BAM was equipped with an integrated Scheimpflug optics, enabling an overall focused image plane. Furthermore, time-resolved observation of the growth of the domains was possible by recording videos (20 frames per seconds).
The first system enabled the investigation of lipid peroxidation, when the lipids were exposed to ROS. I chose DMPC, POPC, DOPC and PLPC, since these are phospholipids differing in the number and position of double bonds in acyl chains, but not in the head group. I used a H2O2 enriched phosphate buffered saline (PBS) solution, which served as a precursor for more reactive ROS, like hydroxyls (.OH). PBS was chosen, since it resembles the cell environment best. During defined waiting times of H2O2 treatment, the ROS diffused vertically from the subphase towards the monolayer. The lipid molecules were in the LE-phase, which facilitated the ROS molecules to reach also the double bonds of the acyl chains. The oxidized monolayers were then compressed at constant compression speed. Since the corresponding isotherms could be measured with high precision, the relative area increase δA/A between oxidized and non-oxidized monolayer along the isotherm proved to be a good measure for lipid peroxidation. The area increase δA in the molecular area of the oxidized molecules was explained by the eventually added, more hydrophilic −OOH group at the position of a carbon atom adjacent to a double bond in the unsaturated acyl chain. The −OOH group is drawn to the hydrophilic head group of the lipid. This leads to a kink in the acyl chain, which increases the molecular area A by δA. A model, which explained this peroxidation process in lipid vesicles, could be adopted to monolayers.
I compared the oxidation of phospholipids, differing in the number and position of the double bonds of their acyl chains. I found that δA/A increased with the growing number of double bonds in one acyl chain. However, a comparison of DOPC with POPC also showed the importance of the position of the acyl chain. I determined a slow reaction kinetic. It could be estimated by a √t dependence of the number density N_surface, which denominates the ROS sticking on the monolayer. The transport of ROS towards the monolayer was found to be diffusive, because it was the slowest process in the reaction. This interpretation was reinforced by a comparison of the temperature dependence of the relative area increase δA/A with the Stokes-Einstein diffusion coefficient of water molecules. The initial ROS concentration c_0 in the trough could be traced back (c_0~ 50 nM), which is indeed a realistic value found in human cells.
Concluding, our results can be understood as a feasibility study. The complexity of the monolayer can be arbitrarily increased, for example by the addition of proteins, allowing the investigation of other oxidative processes occurring in the cell membrane.
The second system allowed the investigation of growth of LC domains during fast compression processes of monolayers. I chose erucic acid monolayers, due to its low line tension and a continuous nucleation phase, enabling the formation of fractal domains. The monolayers were investigated with isotherms and BAM videos. Since v_C (compression speed of the monolayer) was continuous over the whole compression time, I had a system with well-defined hydrodynamic conditions. This allowed me a complete analysis of the system, starting with descriptive features of the observed domains to a classification of the observed growth regimes by means of hydrodynamic theory, through to the distinction and quantification of different kind of flows and supersaturations, involving Ivantsov theory:
Dependent on the compression speed v_C, I observed seaweed or dendritic domains. The LE/LC phase transition pressure pi_t was slightly increased compared to pi_inf of the equilibrium isotherm. A high compression speed v_C induced a supersaturation Δc. I introduced the excess lateral pressure Δpi=pi-pi_inf as an appropriate quantity to describe the supersaturation Δc. I showed a linear behavior of Δc on Δpi. Δc is a macroscopic quantity since it is averaged over the whole monolayer area. I characterized the domains of the seaweed and dendritic regime with respect to tip radii, branch lengths, side branch separations and fractal dimensions. I calculated the growth speed of the main branches. A roughly doubling of the growth speed of dendritic domains, compared to seaweed domains was observed. This was an evidence of adjunctive (Marangoni) flow in the subphase.
For each monolayer, I observed drifts during domain growth, which I explained by an anisotropy in the LE-phase, caused by the continuous nucleation of the domains. These kind of surface flows were superimposed to bulk flows in the subphase. Since I had a well established system, I could analyze the influence of these surface flows on domain shape, in terms of magnitude, direction and duration of the surface flows. I therefore used FFT spectra and directionality histograms. At low flows, the FFT showed six-fold symmetry. Higher drifts exhibited incisions in the FFT, eventually leading to dumbbell shaped FFTs at very high drifts. The domains grew preferentially in the direction parallel to the incision.
I used directionality histograms to analyze the angular distribution of the growing domains. They showed that the drift direction always correlated with a minimum in the histogram. In order to analyze drift duration, I split the domain in downstream and upstream side. I could show that for small drift durations, downstream growth was preferred. However, for longer drift durations, the flows got more isotropic and consequently growth was more balanced then.
I could observe only a weak correlation between drift velocity v_D and compression speed v_C. However, dendrites were formed when the compression speed v_C was high, while seaweed domains were formed when v_C was small. Domain distortion occurred in the same way, independent if seaweed or dendritic domains were considered. I further showed that hydrodynamic flows in the subphase and surface flows are superimposed and scale differently. Consequently, they have different impact on domain shape: hydrodynamic flows act on μm scale and influence the domain morphology (distance between side branches, and tip radius) and the growth speed of the main branches. Surface flows act on the mm to cm scale, cause an anisotropic flow in the LE phase surrounding the domain, and thus affect the overall domain shape.
The anisotropy in the LE-phase led to a locally different degree of supersaturation. To take this into account, I introduced a local normalized supersaturation Δ, based on the Ivantsov solution. Therefore, I calculated Péclet numbers p of measured quantities of the system. I obtained values of 0.88 ≤Δ≤0.90 for the seaweed regime (p<5) and 0.93 ≤Δ≤0.96 for the dendritic regime (p>6). Since the Ivantsov solution can only be applied for purely diffusive processes, I applied a modified Ivantsov solution Δ_mod, which calculates Δ at a distance 𝛿 ahead of the dendrite tip. I was able to determine the progression of the diffusive layer 𝛿, however a quantitative determination failed.
Applying hydrodynamic theory allowed me to classify the two growth regimes with respect to the Boussinesq number Bq. Since for both growth regimes, I achieved values of Bq<1, bulk viscous losses dominated over surface viscous losses. Further, a cross-over length 𝜉 was calculated, from which one can distinguish, whether advective transport dominates over diffusion.
I further connected the two defined supersaturations Δ and Δc via the excess lateral pressure Δpi. From this, I saw differences in the seaweed and dendritic growth regimes: The local normalized supersaturation Δ of seaweed growth seemed to be quite stable for a further increase of the lateral excess pressure Δpi, whereas it reacted quite sensitive in the dendritic regime. This was found to be an indication of a non-equilibrium regime, caused by the strong coupling of the monolayer to the subphase. It reinforces therefore the theory of Marangoni-flow.
The findings of this thesis emphasize the importance of understanding highly dynamic compression/expansion processes arising in surfactant monolayers. Using the example of the compression of the alveolus surface, it can be seen that a more realistic model of the pulmonary alveolus is not only enabled by increasing the complexity of the surfactant monolayer (e.g. by adding specific proteins or lipid mixtures to the monolayer). Equally important is the understanding in transport processes and the consequences for the monolayer structure. By the analysis of domain shapes, I presented a method, which is suitable for such a study.
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die wirtschaftshistorischen Entstehungs- und Entwicklungsprozesse des Genossenschaftsbankwesens im Baltikum bis zum Zweiten Weltkrieg zu untersuchen und zu vergleichen. Dabei werden die Einflussfaktoren der wirtschaftshistorischen Entstehungs- und Entwicklungsprozesse der Genossenschaftsbanken in den jeweiligen Ländern herausgearbeitet und analysiert.
Die genossenschaftliche Entwicklung in den baltischen Gebieten begann in den 1860er Jahren zu einer Zeit, in der die drei Staaten Estland, Lettland und Litauen nicht in ihrer heutigen Form existierten, sondern in Gouvernements aufgeteilt dem Russischen Zarenreich angehörten. Die genossenschaftliche Idee verbreitete sich trotz erheblicher Widerstände in den baltischen Gebieten des Russischen Reichs. Noch vor dem Ersten Weltkrieg bestand ein weitläufiges Netz aus Genossenschaftsbanken. Nach dem Ersten Weltkrieg erklärten die baltischen Länder ihre Unabhängigkeit. Die drei landwirtschaftlich geprägten Republiken Estland, Lettland und Litauen stellten aufgrund verschiedener Faktoren eine vorteilhafte Struktur für die Verbreitung des Genossenschaftswesens dar. Trotz der Weltwirtschaftskrise der 1930er Jahre und des Übergangs der Republiken zu autoritären Regierungen etablierte sich ein starkes Genossenschaftsbankwesen, obgleich sich die Gegebenheiten durch die staatliche Einflussnahme gravierend veränderten. Bis zur Inkorporation der baltischen Staaten in die Sowjetunion im Zuge des Zweiten Weltkriegs und der damit einhergehenden Liquidation des Genossenschaftsbankwesens gehörten die baltischen Länder zu den am meisten kreditgenossenschaftlich entwickelten Ländern der Welt.
Krankheitserfahrung und Ethik: Ein Beitrag zur Frage der Verantwortung von Patientenorganisationen
(2023)
Die vorliegende Dissertationsarbeit analysiert die Verantwortung von
Patientenorganisationen gegenüber ihren Mitgliedern und die sich daraus ergebenden
Handlungsmotive.
Als zentrale Elemente erweisen sich dabei die Möglichkeiten, individuelle
Krankheitserfahrungen ihrer Mitglieder zu erfassen und eine vermittelnde Rolle
zwischen Patient:innen und Forschenden bzw. medizinischem Fachpersonal
einzunehmen. Individuelle Krankheitserfahrungen (in der Fachliteratur überwiegend
als „experiential expertise“ bekannt) stellen besonders bei chronischen und nicht
heilbaren Erkrankungen eine wichtige Ressource dar. Wissenschaftliche Fortschritte,
die die Krankheitslast senken und die Lebensqualität der Betroffenen erhöhen, hängen
maßgeblich von dieser Ressource ab. Zugleich sind Betroffene von chronischen und
nicht heilbaren Erkrankungen häufig durch starke Patientenorganisationen vertreten.
Aus diesem Grunde handelt es sich bei Patientenorganisationen um die idealen
Akteurinnen, um „experiential expertise“ gewinnbringend in Forschungsaktivitäten
einzubringen.
Dabei werden Patientenorganisationen aufgrund der bei ihnen vorhandenen
Eigenschaften Intentionalität und Handlungsfähigkeit als eigenständige, moralisch
handelnde Akteurinnen identifiziert. In beiden Aspekten überwinden
Patientenorganisationen Limitationen von Individuen: Ihre Intentionalität formt sich aus
den kollektiven Bedürfnissen ihrer Mitglieder und ihre Handlungen sind aufgrund der
Kollektivität wirkmächtiger.
Die Anwendungsrelevanz der vorgenannten Erkenntnisse wurde im Rahmen dieser
Dissertation mittels einer qualitativen Interviewstudie mit an chronischer Pankreatitis
erkrankten Mitgliedern der Patientenorganisation „Deutsche Pankreashilfe e.V.“
bestätigt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei dieser nicht heilbaren und phasenweise
verlaufenden Erkrankung, abseits der Behandlung der akuten Krankheitsphasen, ein
Ausbau der Psychoedukation und gesellschaftlicher Aufklärungsarbeit einen
signifikanten Beitrag zur Senkung der Krankheitslast leisten könnte.
Die vorliegende Dissertation liefert eine ethische Argumentation zur Nutzung des
Potenzials von Patientenorganisationen zur langfristigen Verbesserung der
Lebensqualität ihrer Mitglieder. Weitere Forschung ist notwendig, um eine
praxisorientierte Umsetzung der Erkenntnisse bei hoher Heterogenität von
Krankheiten und Patientenorganisationen zu ermöglichen.
This dissertation focuses on the characterization of novel enzymes and metabolic pathways that fulfill crucial functions during marine carbohydrate degradation by Bacteroidetes and thus contributes to an advanced understanding of the global carbon cycle. Depolymerization and utilization of marine polysaccharides by Bacteroidetes requires a tremendous repertoire of enzymes with a wide range of functions. For instance, during the breakdown of the marine red algal polysaccharide porphyran, an oxidative demethylation of the methoxy sugar 6-O-methyl-D-galactose (G6Me) by cytochrome P450 monooxygenases occurs. This reaction produces huge amounts of cytotoxic formaldehyde, marine bacteria capable of degrading porphyran must therefore possess suitable formaldehyde detoxification pathways. Consequently, Article I focus on the identification of possible formaldehyde detoxification pathways in marine
Flavobacteriia, which led to the discovery of the ribulose monophosphate pathway as specific pathway for the detoxification of formaldehyde in certain Bacteroidetes like Zobellia galactanivorans. Furthermore, it was demonstrated in Article II that alcohol dehydrogenases play an essential role in the microbial utilization of G6Me and therefore possess a function in porphyran degradation. Discovering novel enzymes, entire enzymatic cascades or biotechnologically important microorganisms that can metabolize these marine carbohydrates also contributes to the utilization of marine polysaccharides as feedstock for potential biotechnological applications. A prospective biorefinery process was proposed in Article III by the identification of Bacillus licheniformis as promising utilizer of marine carbohydrate-derived monosaccharides and the creation of a microbial cell factory capable of growing on ulvan, a marine carbohydrate obtainable from algal bloom-dominating green algae, enabling an industrial use of the renewable and abundant algal biomass in future.
Graphene is a strictly two-dimensional honeycomb lattice of carbon atoms whose low-energy charge-carrier dynamics obey the massless pseudospin-1/2 Dirac-Weyl equation (or chiral Weyl equation) where the chiral centers (or valleys) are the corners K and K‘ of the Brillouin zone. The linear spectrum near the Dirac nodal points lends graphene its exotic and ultra-relativistic properties.
However, condensed matter systems can possess fermionic excitations with linear dispersions that have no analog in high-energy physics since the crystal space group - instead of the Poincare group - constrains the energy dispersions. Perhaps the first example in this regard is the T_3 lattice (Dice Gitter), a honeycomb-like lattice with an extra atom placed at the center of each hexagon and coupled to only one of the sublattices. The spectrum features a strictly flat band that crosses the two conical intersections of the Dirac cones at K and K' inherited from graphene. The enlarged pseudospin-1 Dirac-Weyl equation describes the low-energy dynamics. By rescaling the transfer amplitude of the additional atoms in the T_3 lattice with a parameter 0<α<1, the resulting α-T_3 lattice continously interpolates between graphene and the T_3 lattice.
In this work, we explore the behavior of generalized Dirac-Weyl quasiparticles in external magnetic and valley-dependent pseudoelectromagnetic fields induced by out-of-plane strain. First, we studied Dirac-Weyl quasiparticles in external fields confined to circular quantum dots by generalizing the infinite-mass boundary condition to the α-T_3 lattices. We verified the analytically derived valley-anisotropic eigenstates of the quantum dot by numerically solving the tight-binding lattice-model in closed (isolated) and open (contacted) systems.
Second, we considered strain fields in the α-T_3 lattices to modify the low-energy transport properties by an effective pseudo-gauge field with opposite signs at the K and K‘ valley. In particular, we showed that the inhomogeneous pseudomagnetic field generated by Gaussian out-of-plane strain at the center of a four-terminal Hall bar setup acts as a valley filter. Most interestingly, the valley polarization is most dominant when incoming electrons are excited to pseudo-Landau level subbands. These bands are linked to different iso-field orbits encircling the lobes of the pseudomagnetic field. Addittionaly, any intermediate α breaks the inversion symmetry of the α-T_3 lattice and thus splits the pseudo-Landau levels into sublattice-polarized bands.
Third, we equipped the out-of-plane strain with a time-periodic drive to induce a valley-dependent pseudoelectric field perpendicular to the pseudomagnetic field. We assessed the steady-state transport properties and found – besides the static regime for small energies – two α-dependent valley-filtering regimes due to the periodic drive. Firstly, we found an additional valley-polarization plateau at the Floquet-zone boundary between the central and first Floquet copy that also displayed a “flower”-like pattern in the local density of states. Secondly, we detected a series of transmission gaps at the center of every Floquet sideband 2mΩ related to the Floquet coupling of the flat band with the central Floquet copy. Under certain strain parameters, a novel valley-filtering regime appears near the transmission gaps where the incoming K electrons are focused through the bump by the pseudoelectric field, instead of encircling the lobes of the pseudomagnetic field. A stability analysis demonstrated that the polarization regimes are tunable by the driving frequency.
Lastly, we demonstrated that the flat band in the Haldane-dice lattice modified by a uniaxial strain along the zigzag orientation remains singular at all band crossings where the model undergoes a topological phase transition between C=+-2 and C=0. To show this, we computed the compact localized eigenstates and the quantum distance of the Bloch wave function around the band-touching points. We derived the resulting non-contractible loop states and an extended state whose components are tunabe by the system parameters.
Antimicrobial resistance (AMR) is of paramount importance in the context of One Health, an integrated and unifying approach that aims to achieve a sustainable balance in the well-being of people, domestic and wild animals, plants, and their shared environments. Whenever bacteria become resistant to the therapeutic effects of antibiotics, they can cause infections that are difficult to treat effectively, increasing the risk of severe disease progression and death. Although AMR can develop naturally over time and is per se “ancient”, the excessive use of antibiotics in human and veterinary medicine over the past century has significantly accelerated its emergence and spread. Opportunistic Gram-negative enterobacteria, particularly Escherichia coli (E. coli ) and Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) strains, increasingly exhibit resistance to multiple classes of clinically used antibiotics, thus presenting multidrug-resistant (MDR) phenotypes. To make matters worse, some of these strains combine multidrug resistance with high-level virulence, posing a threat to both immunocompromised and healthy individuals. Consequently, MDR E. coli and K. pneumoniae have been designated as high-risk pathogens by the World Health Organization, underscoring the urgent need for new antibiotic development.
This thesis is motivated by the fact that only a limited number of international high-risk clonal E. coli and K. pneumoniae lineages stand out across all One Health dimensions and dominate the broad pool of MDR enterobacteria. While we only know little about the underlying drivers and contributing factors impacting their occurrence, emergence, and adaptation across different ecologies, this thesis employs a diverse range of bioinformatics and phenotypic approaches to identify the key factors important for the success of these lineages, also in rather under-explored settings. It includes three main components: (i) the analysis of genomic survey data of MDR E. coli isolates from ecologies in sub-Saharan Africa, (ii) the application of functional genomics and phenotyping techniques to characterize bacterial virulence and assess its clinical relevance in a food-borne E. coli strain, and (iii) the investigation of evolutionary pathways that promote the development of resistance to a novel drug combination and exploring compensatory mechanisms in a K. pneumoniae strain. To achieve these objectives, this research integrates genomics and transcriptomics with molecular biology and functional studies encompassing a comprehensive set of in vitro and in vivo virulence and resilience assays to explore MDR bacteria in-depth.
We provide compelling evidence for the broad occurrence of successful high-risk clonal lineages in the One Health context and their circulation among clinics, wildlife, and food in international locations. In the first study, we isolated extended-spectrum β-lactamase (ESBL)-producing E. coli strains from houseflies collected from various wards at the University Teaching Hospital of Butare (Rwanda). In a follow-up study, we then examined in-depth the genomes of additional ESBL-producing E. coli from the same clinic and obtained from hospitalized patients, their caregivers, associated community members, and pets. The analyses revealed that the sample sets from this sub-Saharan African context consisted predominantly of globally recognized E. coli lineages, including sequence types (ST)131, ST167, ST410, and ST617. They play a pivotal role in the further dissemination and stabilization of AMR across diverse habitats within the One Health context. Moreover, our genomic results emphasize that these One Health-related high-risk clonal lineages exhibit the ability to successfully combine multidrug resistance with high-level bacterial virulence.
To gain a more detailed understanding of the sophisticated interplay of virulence and AMR, we developed and refined a set of in vitro and in vivo methods for virulence phenotyping. These methodologies enabled us to characterize pathogens based on crucial clinical aspects such as biofilm formation, siderophore secretion, resistance to complement-mediated killing, and their capacity to cause mortality in Galleria mellonella larvae. By using a food-borne E. coli strain from an internationally recognized high-risk clonal lineage, we verified the remarkable combination of a MDR phenotype with clinically significant virulence properties, including synthesis of curli fibers and cellulose as part of biofilm formation, extensive secretion of siderophores, resilience against complement-containing human serum and pronounced mortality in the infection model.
Nevertheless, the success of One Health-related high-risk clonal lineages does not rely solely on an “ideal” synergistic interplay between bacterial virulence and AMR. It also depends on their ability to rapidly mitigate the fitness costs associated with AMR acquisition, as these costs manifest in the form of reduced competitiveness and virulence in the absence of antibiotics. However, this is at odds with the observation of the global distribution of One Health-related high-risk clonal lineages across various One Health dimensions, even in environments with expectedly low selection pressures. To comprehensively address this, we conducted experimental evolution studies selecting for ceftazidime-avibactam-resistant mutants, which illuminated the rapid adaptations to changing environments. The adaptations and compensatory mechanisms were seemingly driven by major bacterial regulators, including the envelope stress response regulator RpoE on genomic and transcriptomic levels.
In conclusion, the results of this thesis shed light on the fundamental principles that govern the character and interplay between AMR and bacterial virulence and advance our understanding of the contributors and drivers of successful MDR international high-risk clonal lineages in the One Health context. This is also important for effective and alternative intervention strategies to prospectively further address the global threat of AMR.
Die weltweit zunehmende gesellschaftliche Mobilität, Globalisierungsbewegungen, Flüchtlingsströme und der Fernreisetourismus führen verstärkt zur Einreise von Migrant*innen mit genitalen, dentalen und weiteren Mutilationen ihres Körpers nach Europa. Dieses hat neben der gesellschaftlichen eine außerordentliche medizinische Relevanz. Eine patientenorientierte, erfolgreiche medizinische Behandlung ohne negative psychische und physische Folgen ist nur auf der Grundlage profunder Kenntnisse der kulturellen und ethnienspezifischen Besonderheiten möglich. Die Doktorarbeit wendet sich daher zunächst der Analyse von Zahndeformierungen mit ihren Ursachen, Folgen und den assoziierten Mutilationen zu und beschreibt bekannte Formen. Diese sind innerhalb des subsaharischen Raums Afrikas die einfache Zuspitzung der Zähne, die Zacken- und Lückenfeilung der Zähne, das Ausbrechen von Zähnen und das Verdrängen der Zähne aus ihrer ursprünglich anatomisch korrekten Stellung. In einem folgenden Schritt werden die genitalen Mutilationen wie u.a. die Klitorektomie, Labienexzision und Infibulation dargestellt und dazu die Ursachen, Folgen, juristische Dimension sowie Handlungsmöglichkeiten erläutert. Weiterhin werden Mutilationsformen aufgeführt, die im europäischen Raum kaum populär sind. Zu diesen zählen das sog. „Brustbügeln“, die Brustinzisionen, die Verlängerung der Genitalien sowie die Mutilationen der Skopzen. Die Prozedur des Brustbügelns ist in der Arbeit hinsichtlich ihres protektiven Motivs und ihrer mutilationsspezifischen Eigenheiten eingehend beschrieben. Die Brustinzisionen erfolgen bei der gezielten Anlegung von Narben (Skarifikationen) innerhalb eines Abhärtungsprozesses. Die Elongation der Labien richtet sich durch exzessives Dehnen der Genitalien auf eine rein ästhetische Komponente. In der Sekte der Skopzen wird die weibliche Brust mit dem Ziel eines Askesezustandes entfernt.
Weiter zählen zu den Mutilationspraktiken die im Kindesalter angebrachten „Infant Mutilation“. Mit der Enukleation, dem Ausreißen von Zahnkeimen und dem „Tea-Tea, der Zufügung von Schnitten auf der Brust, soll im Fall einer kindlichen Krankheit eine vermeintliche Kuration erreicht werden.
Mutilationspraktiken des subsaharischen Raums sind nach Literatur, allgemeinen Berichten und Berichten von Augenzeugen und Augenzeuginnen nicht auf einen Körperteil begrenzt und werden nicht auf lediglich eine Art ausgeführt. Es gibt einzelne Hinweise darauf, dass sie in Kombination auftreten. Dieses mögliche Auftreten von Kombinationen begründet in der vorliegenden Arbeit die Entwicklung der elementaren These, dass bei dem Vorhandensein offensichtlich erkennbarer Mutilationen im Sinne einer Korrelation auf weitere vorhandene Mutilationen zu schließen ist.
Für den Beleg dieser These wird auf der Grundlage einer systematischen Literaturrecherche aus einer tabellarischen Erfassung, einer kartographischen und einer inhaltlichen Betrachtung das zentrale Fazit dieser Arbeit gewonnen.
Die genannte tabellarische Auflistung erfasst in einer Dreigliederung einerseits Ethnien mit Zahndeformierungen, kategorisiert gemäß der Einteilung von Schröder, andererseits gleichzeitig auftretende Genitalmutilationen, kategorisiert gemäß der Einteilung der WHO und letztlich weitere Mutilationen. Die quantitativ am stärksten mit Korrelationen vertretene Zahnmutilationsart ist das Ausbrechen von Zähnen (Typ III), gefolgt von der einfachen Zuspitzung der Zähne (Typ I). Hinsichtlich der genitalen Verstümmelungen zeigt die Kliterektomie (WHO-Typ I), gefolgt von der Labienexzision (WHO-Typ II) die meisten Korrelationen.
Die genannte Auswertung kartographischen Materials lässt den Schluss zu, dass sich ein räumlich geographisches Vorkommen dentaler und genitaler Mutilationen wie ein Gürtel über den afrikanischen Kontinent zieht und mit geringen Ausbreitungs-unterschieden im subsaharischen Raum beträchtliche Korrespondenzen aufweist. Der genannte Überschneidungsbereich verläuft gleichermaßen gürtelartig. Dieser ist in einer eigenhändig erstellten Karte dargestellt und ermöglicht Ärzt*innen schnell eine Risikoeinschätzung ihrer Patientinnen bei Wissen um deren Herkunft.
Die letzte und inhaltliche Korrelationsebene ergibt sich aus ethnienspezifischen Grundlagen. Bei vielen afrikanischen Völkern ist das Leben in Abschnitte mit unterschiedlichen gesellschaftsinternen Rechten und Verpflichtungen gegliedert. Die jeweilige Stufe findet ihren Ausdruck in entsprechend angebrachten Mutilationen. Die sog. „Initiationsstufen“ werden im Lebenszyklus durchlaufen. Es werden sukzessive Mutilationen an unterschiedlichen Körperstellen vorgenommen. Sofern eine Ethnie dem Initiationsritus folgt, ist das Vorliegen mehrerer Mutilationsarten wahrscheinlich und künftige Deformierungen sind nicht auszuschließen. Entsprechend ist dieses exemplarisch für den Lebenszyklus der Massai dargelegt.
Die vorliegende Arbeit soll einen wichtigen Beitrag zur medizinischen Aufklärung über subsaharische Mutilationspraktiken leisten. Sie gibt Hilfestellung für ein interdisziplinäres Vorgehen in Diagnostik und Therapie. Die Dissertation soll als Ausgangspunkt für weitere interdisziplinäre Forschung verstanden werden.
Im Jahr 2020 wurden die 50-häufigsten Operationen insgesamt 15.823.464-mal durchgeführt und das entspricht rechnerisch ca. einer Operation auf fünf Einwohnern in Deutschland. Bei jeder dieser Operationen ist die Blutungsstillung eine therapeutische Notwendigkeit. Intraoperativ wird dafür häufig die Elektrokauterisierung verwendet, die aber mit einem Risiko der Nachblutung, Perforation und Gewebezerstörung einhergeht. Eine neue Variante zum Blutungsmanagement kann kaltes physikalisches Plasma (Gas-Plasma) darstellen. Dies ist ein energiereiches Gas, welches durch verschiedene Mechanismen, wie Temperatur, angeregte chemische Spezies, UV- und Wärmestrahlung, wechselwirkt. Es wurden in-vitro Untersuchungen an menschlichem Blut durchgeführt, um einen Wirkungsmechanismus von Gas-Plasma zu demaskieren.
In der vorliegenden Arbeit wurde festgestellt, dass ein Großteil der Thrombozytenaktivierung durch Gas-Plasma (ca. 55 %) auf eine Lyse der Erythrozyten zurückzuführen ist. Die Hämolyse wurde spektroskopisch nachgewiesen und in Abhängigkeit von der Behandlungszeit quantifiziert. Die Thrombozyten reagieren mit einer PI3K/Akt/p38-vermittelten Signalkaskade, welche schließlich zu deren Aktivierung führt. Bei der Signaltransduktion wurde eine Bedeutung von intrazellulären ROS und eine Hyperpolarisation der Mitochondrien der Thrombozyten festgestellt. Die Signaltransduktion kann über den Einfluss von ADP auf den P2Y12-Rezeptor erklärt werden. Es wurde ein auf künstliche Intelligenz basierender Auswertungsalgorithmus angewandt, welcher den Nachweis von vermehrten Thrombozytenaggregaten nach Applikation von Gas-Plasma erbrachte. Gas-Plasma wirkt über eine Vielzahl an reaktiven Spezies und ein alleiniger Einfluss von Wasserstoffperoxid, hypochloriger Säure und Superoxidanionen scheint unwahrscheinlich. Die Erklärung der Hämolyse wurde auf Singulett-Sauerstoff und Ozon zurückgeführt. Daneben kann NO direkt auf Thrombozyten wirken. Es wurde die erste Messung der oberflächlichen Temperatur einer Flüssigkeit bei Behandlung mit Gas-Plasma vollzogen. Dabei wurde eine geringe Änderung der Temperatur festgestellt. Weiterhin wurde der Einfluss der Evaporation als gering gewertet. Da die Anwendung von Gas-Plasma körpereigene Gerinnungsmechanismen beschleunigt, desinfizierend wirkt und nebenwirkungsarm ist, besitzt Gas-Plasma großes klinisches Potential im Bereich der chirurgischen Blutgerinnung.
Mass spectrometry-based Proteome analysis of porcine cells infected with African swine fever virus
(2023)
ASFV, a highly contagious, pathogenic and lethal pathogen of swine, poses a major threat to domestic and wild suids worldwide as neither vaccines nor treatments are available. Compared to other well-characterized similarly complex viruses like herpesviruses or adenoviruses, the understanding of ASFV biology is poor.
To improve the understanding of ASFV biology, following the establishment of a robust protocol for the isolation of primary monocyte-derived porcine macrophages (moMΦ) and their infection with ASFV for mass spectrometry (MS)-based proteome analysis was performed.
Under both conditions, naïve and infected, the isolated cells showed cell type-specific characteristics like phagocytosis and antigen presentation and protein expression patterns, including the expression of swine leucocyte antigens and CD markers. Furthermore, moMΦ could be reproducibly infected with ASFV isolates of different genotypes and pathogenicity.
The ASFV protein expression patterns in moMΦ correlate well with those observed in established cell lines at transcript and protein level. The expression of 27 ASFV proteins was confirmed at the protein level. Among them, 9 members of multi-gene families (MGF) and 12 novel open reading frames (nORFs) were recently predicted based on transcription start site mapping.
The direct comparison of closely related ASFV genotype II isolates revealed no virulence-associated protein expression patterns beyond those expected based on the genome sequences of the isolates.
Using different MS quantification strategies, it was shown that ASFV affects both static protein expression levels and protein synthesis. These changes in protein expression impact proteins and pathways known to be targeted by ASFV, including CD-markers, ER-stress and cell death pathways, and cellular antiviral responses. Beyond these observations that further validated the moMΦ infection model, novel effects of the ASFV infection on the cellular proteome were noticed.
These effects include the decreased expression levels of cathepsins, especially cathepsins D (CTSD), H (CTSH) and L (CTSL) as well as the transient activation of MAPK14/p38 prior to its strong downregulation. In addition to MAPK14/p38 further members of the MAPK14/p38 signaling pathway, like MAPKAPK2, were affected by ASFV infection.
As these modulations of the cellular proteome would in general result in decreased pro-inflammatory responses, it did stand out that the synthesis of interferon-response related genes including MX1 and ISG15 evaded the ASFV-induced global reduction of protein synthesis. In contrast, the synthesis of genes involved in RNA processing and splicing was significantly impaired. In total, the regulations of individual host proteins assessed in the context of the whole cellular proteome integrate well with each other and other cellular responses to ASFV infection and may help to improve the understanding of host-virus interactions.
Overall, this thesis provides novel insights into the expression of ASFV-encoded ORFs of different isolates and the host response to ASFV infection. It points out that the current knowledge of the ASFV coding capacity, temporal protein expression patterns, protein functionality, post-translational modifications and host interactions is still sketchy as many aspects of ASFV replication have yet to be understood. The established moMΦ-model to study ASFV infections in vitro provides a powerful tool for future applications to increase the understanding of ASFV biology.
Bei der familiären Form zerebraler kavernöser Malformationen (CCMs) handelt es sich um eine autosomal-dominant erbliche Erkrankung, die durch pathogene Keimbahnvarianten in den Genen CCM1/KRIT1, CCM2 bzw. CCM3/PDCD10 ausgelöst wird und mit einer Prävalenz von 1:3300 bis 1:3800 in der Allgemeinbevölkerung vorkommt. Neben Punktmutationen und kleinen Indels werden auch Strukturvarianten (SVs) in den Krankheitsgenen beobachtet. Diese sind jedoch mithilfe von Short-Read-basierten Genpanel- oder Exomsequenzierungen in der Routinediagnostik zum Teil nur schwer zu identifizieren.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher eine neue CRISPR/Cas9-basierte Nanopore-Sequenzierung der Gene CCM1, CCM2 und CCM3 sowie der flankierenden genomischen Regionen etabliert. Die Abdeckung der Zielregionen mit Reads länger als 20 kb erlaubte die zuverlässige Detektion von Kopienzahlveränderungen. Darüber hinaus konnte anhand einer interchromosomalen Insertion und einer 24 kb großen Inversion gezeigt werden, dass die Methode auch komplexere SVs nachweisen kann. Das Protokoll einer Cas9-basierten Sequenzierung ausgewählter genomischer Zielregionen auf der MinION-Plattform kann gut auf andere Fragestellungen übertragen werden und lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand in vielen Laboren etablieren.
Ein zweiter Schwerpunkt der Promotionsarbeit lag auf der Entwicklung neuer, vielseitig einsetzbarer Zellkulturmodelle der CCM-Erkrankung. Mithilfe CRISPR/Cas9-vermittelter Genomeditierungen in fluoreszenzmarkierten humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) konnten komplexe Kokulturmodelle sowie dreidimensionale vaskuläre Organoidkulturen etabliert werden. Anhand von aus CCM3-defizienten hiPSCs differenzierten humanen Endothelzellen (ECs) und vaskulären Mosaikorganoiden ließ sich ein klonaler Überlebensvorteil von CCM3-/--Zellen in Kokultur mit Wildtyp-Zellen nachweisen, welcher kürzlich auch in CCM-Mausmodellen als Schlüsselelement der CCM-Pathogenese beschrieben wurde. In den neuen Zellkulturmodellen ließ sich auch der positive Effekt des in der Greifswalder Arbeitsgruppe identifizierten Kandidatenwirkstoffs NSC59984 auf die tumorähnliche Proliferation von CCM3-/--Zellen in Kokultur validieren. Durch systematische RNA-Sequenzierungen konnte zudem nachgewiesen werden, dass CCM1 für die Differenzierung von ECs aus hiPSCs nicht erforderlich ist, jedoch die physiologische Funktion von ECs aufrechterhält.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeiten belegen nicht nur die Praktikabilität und Sicherheit der Identifizierung komplexer genomischer Strukturvarianten mittels CRISPR/Cas9-vermittelter Nanopore-Sequenzierungen, sondern sie ebnen zudem den Weg zur effektiven Testung neuer CCM-Therapieansätze im Hochdurchsatzverfahren und erlauben einen neuen Einblick in die noch immer unvollständig verstandene CCM-Pathogenese.
Einfluss der Layerhöhe im FFF-Druck auf die Kraftapplikation durch Aligner - in vitro Untersuchung
(2023)
Zusammenfassung der Dissertation
Vor dem Hintergrund der In-Office-Alignerherstellung beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit der Fragestellung, inwiefern die Layerhöhe im FFF-Druck Einfluss auf die Oberflächengüte der Modelle sowie auf die Kraftabgabe der darauf tiefgezogenen Aligner hat.
Intention des ersten Teils war es, herauszufinden, ob es im Wechselspiel zwischen Druckgeschwindigkeit und Oberflächenqualität eine optimale Layerhöhe im FFF-Druck gibt. Des Weiteren wurde der Einfluss des Druckmaterials (Lignin basiertes Biopolymer und Polylactid basiertes Biopolymer) auf die Oberflächengüte untersucht. Im zweiten Teil sollte eruiert werden, welchen Effekt die Layerhöhe auf die Kraftabgabe des Aligners hat. Neben dem Parameter Layerhöhe wurden die Faktoren geplanter Setupschritt, Alignerdicke sowie Zahnbewegungsart, und ihre Auswirkungen auf die resultierenden Kräfte der Aligner untersucht.
Für den ersten Teil wurden, basierend auf einem randomisiert ausgewählten Oberkieferteilmodell, 18 Modelle mittels FFF jeweils in neun verschiedenen Layerhöhen (50,0 µm, 80,9 µm, 100,0 µm, 150,0 µm, 160,8 µm, 200 µm, 250 µm, 300 µm, 332,6 µm) aus jeweils zwei verschiedenen Materialien (das Polylactid PLA NX2 und das Lignin basierte Biopolymer Green-TEC PRO) gedruckt. Als Kontrollgruppe fungierten 2 DLP hergestellte Oberkieferteilmodelle mit einer Layerhöhe von 20 µm. All diese physischen Modelle wurden nachfolgend digital gescannt und mit 3D-Überlagerungsmesstechnik via GOM Inspect Software bezüglich ihrer Oberflächengüte verglichen. Um den Einfluss der Layerhöhe FFF gedruckter Modelle auf die Kraftübertragung von Alignern zu untersuchen, wurden im zweiten Part an einem randomisiert gewählten, digitalen Oberkiefermodell mittels OnyxCeph3™Lab Software folgende Bewegungen für den zweiten linken Oberkieferprämolaren virtuell in je 0,1mm-Setup-Schritten geplant: Bukkaltorque (0,1 mm - 0,5 mm), Distalisation (0,1 mm - 0,4 mm), Extrusion (0,1 mm - 0,4 mm) und Rotation (0,1 mm - 0,5 mm). Nachfolgend wurden mittels FFF 91 physische Oberkiefermodelle gedruckt, eines für jeden Setup-Schritt und jede Layerhöhe (100 µm; 150 µm, 200 µm, 250 µm, 300 µm). Mithilfe der 3D-gedruckten Modelle wurden im Tiefziehverfahren 192 Aligner gefertigt in jeweils zwei Schichtstärken (0,5 mm, 0,75mm). Die Messapparatur bestand im Wesentlichen aus einem Oberkieferacrylmodell mit separiertem zweiten Oberkieferprämolaren, welcher mit einem Sensor verbunden war. Dieser erfasste die vom aktiven Aligner übertragenen initialen Kräfte und Drehmomente. Zur Evaluation des Einflusses der untersuchten Parameter Layerhöhe, Alignerdicke, Setupschritt und Bewegungsart, diente ein verallgemeinertes lineares Modell mit der Gammafunktion.
Das im ersten Teil angewandte Messverfahren, die 3D-Überlagerungtechnik, wies laut Intraklassen -Korrelationskoeffizient (ICC) und Methodenfehler nach Dahlberg eine exzellente Reliabilität auf. Bei Lignin basierten FFF Modellen nahm die Oberflächengüte im Bereich von 100 µm bis 332,6 µm mit steigender Layerhöhe ab. Unterhalb von 100 µm zeigte sich jedoch kein weiterer Gewinn an Genauigkeit, sondern im Gegenteil, ein weiterer Verlust an Modellgenauigkeit mit abnehmender Layerhöhe. Im Vergleich wiesen die Lignin-basierten Biopolymer-Modelle durchweg eine bessere Oberflächengüte als die Polylactid basierten Modelle auf, und konnten bei einer optimalen Layerhöhe von 100 µm sogar mit der Präzision der DLP geduckten Modelle der Kontrollgruppe mithalten. In dem zweiten Teil der Untersuchung zeigten die Parameter Alignerdicke und Setupschritt einen signifikanten Einfluss auf durch Aligner abgegebene initiale Kräfte bzw. Drehmomente. Die Parameter Zahnbewegungsart und Layerhöhe waren nicht signifikant. Allerdings wurde bei einer Layerhöhe von 150 µm ein optimales Kraftniveau mit geringster Streuung bei den untersuchten Alignern verzeichnet.
Die Ergebnisse des ersten Teils der Untersuchung zeigten, dass die Oberflächengüte im FFF-Druck regulierbar durch die Layerhöhe ist, darüber hinaus jedoch weitere Faktoren, wie beispielweise das Druckmaterial, eine Rolle spielen. Weiterhin stellt die FFF-Technologie eine genaue, kosteneffektive und nachhaltige Technologie zur Herstellung von Aligner-Modellen in der kieferorthopädischen Praxis dar. Beide Untersuchungen zeigen, dass es keinen erkennbaren Vorteil gibt, FFF-Dentalmodelle in besonders niedrigen Layerhöhen zu drucken, da daraus exponentiell höhere Druckzeiten entstehen, ohne vergleichbar bessere Kraftabgabe der kieferorthopädischen Aligner. Bei zu hohen Layerhöhen, jedoch, wird die Streuung der von den Alignern emittierten Kräften größer, demzufolge die Kraftabgabe unvorhersehbarer. Ein Kompromiss, welcher klinische Vorteile der adäquaten Kraftübertragung durch Aligner und wirtschaftliche Vorteile durch effiziente Druckzeiten vereint, stellt eine Optimum-Layerhöhe von 150 µm für FFF-Modelle für die In-Office-Alignerherstellung dar.
Dynamische MR- Mammografie – Prävalenz und Follow- Up von Brustläsionen in der Normalbevölkerung
(2023)
Brustkrebs ist die häufigste Tumorerkrankung bei Frauen in Deutschland. Hohe Inzidenzraten und die Erkrankung junger Frauen führen zu wichtigen medizinischen und sozioökonomischen Auswirkungen dieser Krankheit. Ergebnisse prospektiver randomisierter Studien zeigen, dass eine frühzeitige Diagnose zu einer reduzierten Sterblichkeit durch Brustkrebs führt. Daher wurde auch in Deutschland ein Mammografie- Screening- Programm (MSP) eingeführt, das Frauen im Alter von 50 bis 69 Jahren zur Teilnahme an einer Mammografie alle zwei Jahre berechtigt. Zahlreiche Studien belegen eine reduzierte Sensitivität der Mammografie bei Frauen mit dichtem Brustgewebe, wodurch Intervallkarzinome mit einer Häufigkeit von 30- 50 % im MSP auftreten. Die begrenzte Sensitivität der Mammographie und die damit verbundene relativ hohe Intervallkarzinomrate haben das Interesse an alternativen Screening- Methoden wie die Tomosynthese und Sonografie geweckt. Die MR- Mammografie (MRM) wurde bisher zum Screening von Frauen mit hohem Brustkrebsrisiko eingesetzt. In diesem Setting weist sie im Vergleich zur Mammographie und Sonografie eine durchweg überlegene Sensitivität auf. Inzwischen gibt es erste Hinweise darauf, dass sich ein MRM- Screening bei Frauen mit familiärem Brustkrebs auch in einem Überlebensvorteil niederschlägt. Zu Beginn dieser Untersuchungen existierte keine Studie, die den Nutzen der MRM zum Screening bei Frauen mit durchschnittlichem Brustkrebsrisiko untersucht hat.
Ziel der vorliegenden Studie war es daher, den Einsatz der MRM für die Detektion des Mammakarzinoms innerhalb einer Normalbevölkerung zu evaluieren. Die Study of Health in Pomerania (SHIP)-Studie ist eine populationsbasierte Bevölkerungsstudie und repräsentativ für eine deutsche Normalbevölkerung. Im Rahmen der SHIP-Studie durchgeführte, kontrastmittelgestützte, dynamische MRM wurden unter Verwendung des MR-BI-RADS Atlas des American College of Radiology standardisiert ausgewertet. Ziel war es, zu klären mit welcher Prävalenz unterschiedliche Brustläsionen in der MRM in der Normalbevölkerung auftreten, wie hoch die Raten an abklärungsbedürftigen Befunden (Recall- Rate), die Biopsierate und die Karzinomrate sind und wie sich diese Parameter im Vergleich zu aktuellen Daten aus dem MRM- Hochrisikoscreening und dem deutschen MSP verhalten.
In der vorliegenden populationsbasierten Beobachtungsstudie haben sich im Zeitraum von Juni 2008 bis Oktober 2012 774 Frauen einer kontrastmittelgestützten MRM unterzogen. Das mittlere Alter betrug 51 ± 12,9 Jahre (Umfang 20 - 83 Jahre). 320 (41,3 %) Frauen waren prämenopausal und 454 (58,7 %) postmenopausal.
Die standardisierte Auswertung der Bilddaten anhand des modifizierten MR-BI-RADS Lexikons führte zu einer exzellenten Inter- Reader- Übereinstimmung für die abschließende BI-RADS- Klassifikation (gewichteter kappa 0,828 bzw. 0,857).
113/ 774 Frauen (Detektionsrate 14,6 %) hatten einen mitteilungsbedürftigen Befund der Kategorie BI-RADS IV (N=106, 13,7 %) oder BI-RADS V (N=7, 0,9 %). Von den insgesamt 128 suspekten Läsionen waren 84 (65,6 %) Herdbefunde, 29 NML (22,7 %) und 15 Foci (11,8 %). Die Mehrzahl der kontrastmittelanreichernden Läsionen (825/ 953, 86,6 %) wurde dagegen als gutartig (BI-RADS II) beschrieben. Da eine Direktzuweisung von Probandinnen mit abklärungsbedürftigen Befunden an die Kliniken und Institute der Universitätsmedizin Greifswald zur weiteren Abklärung seitens der Ethikkommission untersagt wurde, erfolgte diese über die Haus- und Fachärzte. Die Ergebnisse der Abklärungsdiagnostik wurden mittels Fragebogen bei den Haus- und Fachärzten und bei den Probandinnen selbst angefragt. Die gesamte Nachverfolgungsrate betrug 111/113 (98,2 %) Frauen bzw. 124/128 (96,9 %) Läsionen. Bei 21/111 (18,9 %) Frauen bzw. 23/124 (18,5 %) Läsionen erfolgte eine histologische Sicherung (Biopsierate 21/ 774, 2,7 %). Ein Malignom wurde bei 7/774 Frauen (Karzinomrate 0,9 %) histologisch gesichert: sechs invasive Mammakarzinome (zweimal Stadium T1b, dreimal Stadium T1c, einmal Stadium T2) und ein duktales Carcinoma in situ (DCIS). Bei einer Probandin (0,13 %) wurde eine NML fälschlicherweise als benigne eingestuft (falsch negativ).
Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser prospektiven Beobachtungsstudie, dass eine standardisierte Auswertung von MR- Mammografien mittels MR-BI-RADS Lexikon untersucherunabhängig auch in einer Normalbevölkerung gut durchführbar ist. Dabei muss eine hohe Prävalenz verschiedener Brustläsionen, vor allem benigner Läsionen, antizipiert werden. Erwartungsgemäß zeigen unsere Ergebnisse eine höhere Abklärungsrate, Biopsierate und Karzinomrate im Vergleich zum deutschen MSP, was die Annahme einer höheren Sensitivität der kontrastmittelgestützten MRM nicht nur bei Frauen mit erhöhtem Brustkrebsrisiko, sondern auch bei Frauen in einer Normalpopulation mit durchschnittlichem Brustkrebsrisiko bestätigt. Analog zu den Ergebnissen aus dem MRM- Risikoscreening wurden in unserer Studie kleine invasive Tumoren und Vorstufen detektiert. Weitere Studien sind erforderlich, um den Nutzen der MRM zum Screening von Frauen mit durchschnittlichem Brustkrebsrisiko zu evaluieren. Die Mehrzahl der neu diagnostizierten Karzinome in dieser Studie wurden bei Frauen im Alter von 40 bis 49 bzw. 70 Jahren gefunden, welche nach den aktuellen gesetzlichen Regelungen des deutschen MSP nicht anspruchsberechtigt zur Teilnahme an einer Früherkennungs- Mammografie sind. Diese Beobachtung unterstützt die Forderungen nach einer Ausweitung der Altersgrenzen im deutschen MSP für Frauen ab 45 Jahre und Frauen bis 74 Jahre, so wie es von den Europäischen Richtlinien für das Mammografie- Screening bereits empfohlen wird.
Aerocom® (Schwäbisch Gmünd, Deutschland) hat einen neuen Prototyp für Rohrpostsysteme entwickelt, der eine Transportkapazität von bis zu 9 Blutröhrchen hat. Diese werden beim Schließen des Deckels automatisch fixiert. In dieser Studie wurde der Einfluss des Transports auf die Qualität der Blutproben unter Verwendung des Prototyps im Vergleich zum Kuriertransport und der konventionellen Rohrpostkartusche (AD160, Aerocom®) untersucht.
Sets aus je drei Blutprobenröhrchen (1 Lithium-Heparin, 1 EDTA, 1 Natrium-Zitrat) von insgesamt 35 Probanden wurden zufällig auf die drei Transportmethoden Kurier, konventionelle Rohrpostkartusche und den Kartuschenprototypen verteilt. Nach dem Transport wurden 51 Messgrößen aus der klinischen Chemie, Hämatologie und Gerinnung ermittelt und miteinander verglichen.
Insgesamt zeigten 49 der 51 untersuchten Messgrößen eine gute Übereinstimmung zwischen den drei Transporttypen, insbesondere zwischen der konventionellen Kartusche und dem Kartuschenenprototyp. Im Blick auf die bekannten hämolysesensitiven Messgrößen zeigte Kalium keine statistisch signifikanten Diskrepanzen. Bei der Laktatdehydrogenase (LDH) und dem freien Hämoglobin (fHb) ergaben sich jedoch statistisch signifikante Unterschiede jeweils zwischen den Werten für Kurier und den beiden Rohrpostkartuschen, wobei diese Unterschiede aus klinischer Sicht zu vernachlässigen sind. So lag die mittlere Konzentration von fHb bei 0,29 g/L (18 µMol/L), 0,31 g/L (19 µMol/L) bzw. 0,32 g/L (20 µMol/L) für den Kuriertransport, die konventionelle Kartusche und den Kartuschenprototyp. Diese Unterschiede lassen sich analytisch nicht auflösen, da die minimale Differenz (MD) für fHb bei dieser Konzentration 0,052 g/L (3,23 µMol/L) beträgt.
Abschließend stellen wir fest, dass der Prototyp von Aerocom® für den Transport von diagnostischen Blutproben geeignet ist. Der gesamte Arbeitsablauf wird mithilfe dieses Prototyps maßgeblich verbessert, indem die Arbeitszeit auf der Station und im Labor verringert und gleichzeitig das Risiko für Hämolyse durch unzureichend oder falsch verpackte Proben minimiert wird.
Diese Arbeit war Teil eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten interdisziplinären Forschungsnetzwerks (#1HealthPREVENT) und stellte eine einmalige peri-operative antibiotische (Penicillin/Gentamicin (P/G)) Prophylaxe (PAP) im Zuge eines operativen Eingriffs nach diagnostizierter Kolik beim Pferd der bislang üblichen fünf-Tage-Antibiose gegenüber, mit dem Ziel den Einfluss der PAP auf die Häufigkeit von (engl.) Extended Spectrum β-Lactamase produzierenden Escherichia coli (ESBL-EC) und die Veränderungen im enteralen Mikrobiom der Pferde zu untersuchen und zur Verbesserung des sorgfältigen Einsatzes von Antibiotika in der Veterinärmedizin beizutragen. Die per Los jeweils einer der zwei Gruppen („single shot“ Gruppe (SSG); „5 days“ Gruppe (5DG)) zugeordneten Pferde wurden dafür jeweils an drei verschiedenen Zeitpunkten (Klinikaufnahme (t0), Tag 3 (t1) und Tag 10 (t2) postoperativ) beprobt (Kotproben und Nüsternabstriche). Zusätzlich zur Gruppe der hospitalisierten Pferde wurde auch eine nicht-hospitalisierte Kontrollgruppe ohne klinische Auffälligkeiten einbezogen. Alle Proben wurden hinsichtlich positiver ESBL-EC untersucht und die identifizierten Isolate phänotypisch (durchgeführt vom Institut für Mikrobiologie und Tierseuchen, Freie Universität Berlin) und genotypisch charakterisiert. Unabhängig vom P/G PAP-Schema stieg für die Pferde die Wahrscheinlichkeit von t0 zu t1 sowie von t0 zu t2 an, positiv für ESBL-EC zu sein. Die Ganzgenom-Sequenzierung der Isolate ergab außerdem eine enge räumliche und zeitliche Beziehung zwischen Isolaten mit gemeinsamen Sequenztypen, was auf eine lokale Ausbreitung hindeutete. Die 16S rRNA-Gen Sequenzierung der Kotproben (durchgeführt vom Institut für Klinische Molekularbiologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel) zur Untersuchung der Veränderungen im enteralen Mikrobiom zeigte nach der bioinformatischen Aufbereitung (durchgeführt von Silver Anthony Wolf, Robert Koch-Institut) und Fach-übergreifenden Analyse eine Beeinträchtigung in der Zusammensetzung der fäkalen Mikrobiota (Alpha-Diversität) für Pferde mit akuter Kolik im Vergleich zur Kontrollgruppe, welche jedoch nicht signifikant war. Die mikrobielle Gesamtkomposition der untersuchten Proben (Beta-Diversität) wies vor allem für die 5DG an t1 erhebliche Einschränkungen auf, was höchstwahrscheinlich auf die fortlaufende Verabreichung von Antibiotika zurückzuführen war. In beiden Studiengruppen wurde zudem an t1 eine erhöhte Abundanz von Enterobacteriaceae, insbesondere Escherichia, festgestellt. Insgesamt wiesen die Ergebnisse dieser Arbeit einen starken Einfluss des Krankenhausaufenthaltes an sich auf, vor allem auf die ESBL-EC-Isolationsraten, wodurch möglicherweise Unterschiede zwischen den verschiedenen PAP-Behandlungen überdeckt wurden. Trotzdem stellen die in dieser Studie gesammelten Ergebnisse und gewonnenen Erkenntnisse einen ersten wichtigen Schritt in der Etablierung von Antibiotic Stewardship-Programmen in Pferdekliniken dar und könnten somit einen langfristigen Einfluss auf die lokale Verbreitung von ESBL-EC haben.
Hintergrund
Zu Beginn des Covid-19-Pandemiegeschehens wurde die ambulante Patientenversorgung deutschlandweit vor große Herausforderungen gestellt. Insbesondere die mangelnde Verfügbarkeit von Schutzausrüstung und eine vermutete Überforderung des ambulanten und stationären Sektors machten die Entwicklung alternativer Versorgungsmodelle notwendig.
Auf Aufforderung der Landesregierung wurde von der Universitätsmedizin Greifswald eine sogenannte Fieberambulanz für Patienten mit möglichen Symptomen einer Covid-19-Infektion eingerichtet, die nicht telefonisch abgeklärt werden konnten.
Methoden
Es handelt sich um eine Mixed-Methods-Studie.
Im quantitativen Teil der Studie erfolgten die Auswertung des Konsultationsanlasses, der Symptome sowie Beratungsergebnisse mit einem selbst entwickelten Fragebogen. Einnahmen und Ausgaben der Fieberambulanz wurden erfasst.
Retrospektiv wurden leitfadengestützte Experteninterviews mit den hauptverantwortlichen Mitarbeitern der Fieberambulanz Greifswald, sowie niedergelassenen Ärzten und Vertretern aus den Bereichen Hygiene, sowie der Kassenärztlichen Vereinigung MV und dem Landkreis Vorpommern-Greifswald geführt.
Ergebnisse
Es gelang innerhalb von zehn Tagen, die Fieberambulanz in den Räumlichkeiten einer Berufsschule aufzubauen. Besondere Herausforderungen, die in den Interviews beschrieben wurden, waren die Organisation von Logistik und Personal, Klärung der Verantwortlichkeiten, Kostenträgerschaft und Abrechnung. Es wurden Grenzen und Schwächen der Fieberambulanz aufgezeigt, sowie alternative Versorgungsmodelle in den Interviews diskutiert.
Im Zeitraum vom 08.04.-11.05.2020 wurden insgesamt 107 Konsultationen durchgeführt (53 % weiblich, Ø42 Jahre), bei deutlich mehr telefonischen Anfragen. Die häufigsten Diagnosen waren akute Bronchitis (43%), obere Atemwegsinfekte (28%) und Fieber (8,4%).
In 42 Fällen wurde ein Nasen-Rachen-Abstrich durchgeführt. Schwerere Erkrankungen wie eitrige Tonsillitiden oder Asthma Exazerbationen wurden in <10% der Fälle diagnostiziert. Covid-19-Neuinfektionen wurden nicht nachgewiesen. Eine kosteneffiziente Auslastung konnte nicht erreicht werden.
Schlussfolgerung
Die Fieberambulanz wurde zu Pandemiebeginn als Anlaufstelle für Unsicherheiten im Umgang mit dem Infektionsgeschehen genutzt, als viele Versorgungssituationen noch ungeregelt waren. Sie erwies sich aber rückblickend bei niedriger Inzidenz als unwirtschaftlich und nicht notwendig. Der Großteil der Patienten konnte weiterhin hausärztlich betreut werden.
Die Sepsis ist nach wie vor eine Erkrankung mit hoher Sterblichkeit. Der Schlüssel zur erfolgreichen Sepsistherapie ist eine schnelle Diagnostik. Die Blutkulturabnahme ist ein etabliertes Goldstandardverfahren in der Sepsisdiagnostik, jedoch sind die Positivitätsraten gering und die Diagnostik ist zeitaufwändig. Es gibt vereinzelt Studien, die darauf hindeuten, dass eine Prädiktion von Blutkulturergebnissen bei Notaufnahmepatienten möglich ist. Ziel dieser Dissertation ist es, zu untersuchen, ob Blutkulturergebnisse auch bei Intensivpatienten durch das PCT prädizierbar sind. Im Rahmen der prospektiven klinischen Beobachtungsstudie (BEMIDIA) wurden im Zeitraum von November 2016 bis Dezember 2017 zeitgleich Blutkulturen und EDTA- Röhrchen zur PCT-Bestimmung bei 488 Intensivpatienten mit dem Verdacht auf eine Infektion abgenommen und ausgewertet. Zwar zeigen sich zwischen positiven und negativen Blutkulturen signifikant unterschiedliche PCT-Werte (p = 0,004), jedoch ist eine Prädiktion von Blutkulturergebnissen durch das Procalcitonin bei einer AUC von 0,588 (p < 0,007) mit Cut-off von 2,72 μg/l mit einer Sensitivität von 41,00 % und einer Spezifität von 74,5 % nicht möglich. Die PCT-Werte von gramnegativen Bakterien und grampositiven Bakterien unterschieden sich ebenfalls signifikant (p < 0,000). Mit einer AUC von 0,768 (p < 0,001) mit einem optimalen Cut-off bei 2,04 μg/l mit einer Sensitivität von 75,9 % und einer Spezifität von 71,0 % scheint eine Prädiktion von Blutkulturergebnissen bei gramnegativen Bakterien hingegen möglich zu sein. Auch für die Fokusse ‚Abdomen‘ und ‚Urosepsis‘ scheint eine Prädiktion durch PCT möglich zu sein. Für die Sepsis mit dem Fokus ‚Abdomen‘ ergab sich eine AUC von 0,744 mit einem optimalen Cut-off von 0,71 μg/l mit einer Sensitivität von 77,7 % und einer Spezifität von 61,6 %. Für die Urosepsis ergab sich eine AUC von 0,732 mit einem optimalen Cut-off von 1,38 μg/l mit einer Sensitivität von 76,2 % und einer Spezifität von 63,0 %. Die Procalcitonin-Werte von Patienten mit schwerer Sepsis und im septischen Schock unterschieden sich signifikant (p > 0,000) von den Werten der Patienten ohne Erfüllung der Sepsiskriterien. Eine Sepsis, eine schwere Sepsis oder ein septischer Schock sind durch das PCT mit einer AUC von 0,800 (p < 0,000) und mit einem optimalen Cut-off von 0,38 μg/l mit einer Sensitivität von 82,3 % und einer Spezifität von 66,3 % prädizierbar. Die niedrigsten PCT-Werte wurden durch Kontaminationserreger wie Propionibakterien und Koagulase-negative Staphylokokken erreicht. Diese Werte lagen unterhalb des Medians negativer Blutkulturen. Jedoch ließ sich in unserer Studie keine Prädiktion durch das PCT feststellen, um eine mögliche Kontamination von richtig positiven Blutkulturen zu unterscheiden. Für Kontaminationserreger ergab sich eine AUC von 0,629 (p = 0,285) mit einem optimalen Cut-off von 0,17 μg/l mit einer Sensitivität von 72,7 % und einer Spezifität von 66,7 %.
Im Vergleich zu Notaufnahmepatienten zeigen unsere Ergebnisse, dass bei Intensivpatienten eine Prädiktion von Blutkulturen durch das PCT, bis auf einzelne Subgruppen wie ‚Fokus‘ und ‚Bakterienart‘, nicht möglich ist. Eine Prädiktion einer Sepsis hingegen scheint möglich zu sein. Insbesondere die Prädizierbarkeit einer Kontamination scheint von großem Interesse zu sein. Um eine endgültige Aussage zu treffen, sind jedoch größere, multizentrische, kontrollierte, randomisierte klinische Studien notwendig.
The exchange of water and dissolved elements between the continents and the oceans occurs via different routes in the hydrological cycle, such as rivers, atmospheric exchange, and submarine groundwater discharge (SGD). In addition, the elemental fluxes in the coastal waters may strongly depend on benthic water-solid-microbe interactions close to the sediment-water interface. It is becoming increasingly recognized that SGD can impact diagenesis and act as a source of water and dissolved substances for coastal ecosystems. The qualitative and quantitative assessment of SGD is still challenging as it requires the identification of suitable geochemical tracers for the complex hydrological and biogeochemical processes in the subterranean estuary. In this study, geochemical analyses were combined with geophysical, hydrological, and biological investigations to gain insights into the mechanisms driving SGD in coastal waters. In addition, onshore ground and surface waters were evaluated to identify the processes controlling the potential end member. The surveys were performed along the Baltic Sea coast: Warnow River and Wismar Bay in Germany, the Gulf of Gdańsk and Puck Bay in Poland, and Hanko Bay in Finland. The results suggest that the analyzed surface water system was strongly impacted by seasonal variations, while SGD displayed a much more stable composition throughout the year. New areas of SGD were also identified along the Baltic Sea. It was also observed that anthropogenic coastal infrastructures could promote SGD affecting the water balance and the benthic fluxes. At other sites, the SGD was associated with natural structures such as pockmarks. The stable isotopic composition of the fresh component of SGD was close to the meteoric water at most sites; however, old groundwaters from distinct aquifers were identified. Combining all sites, SGD showed high variability, ranging from near 0 to up to 300 L m-2 d-1, and the saline SGD was more dominant than the fresh component. The fluxes obtained at one site were even higher than the surface runoff. SGD was higher on sandy sediments, but the elemental fluxes were relatively low. Despite low SGD at muddy sites, interfacial elemental fluxes, enhanced by intense diagenesis in the top sediments, resulted in higher chemical fluxes to the water column. The sediment porewater gradients at the SGD impacted sites suggest that the advective upward flow of groundwater increased the elemental fluxes across the sediment-water interface. Therefore, the dissolved substances of SGD are partly impacted by the processes in the soil zone and aquifer during groundwater development, and partly impacted by the early diagenetic process in the surface sediments. Overall, this study shows the importance of SGD for the biogeochemical cycles of coastal waters. Moreover, 6 it can be concluded that a combination of interdisciplinary approaches can provide a better understanding and assessment of SGD in a specific environment. Although all the studies presented here are local, the methodology and results presented in this thesis can be replicated and thus provide assistance in other coastal areas.
Statistical Methods and Applications for Biomarker Discovery Using Large Scale Omics Data Set
(2023)
This thesis focuses on identifying genetic factors associated with human kidney disease progression, with three articles presented. Article I describes the identification of loci associated with UACR through trans-ethnic, European-ancestry-specific, and diabetes-specific meta-analyses. An approximate conditional analysis was performed to identify additional independent UACR-associated variants within identified loci. The genome-wide significance level of 𝛼=5×10−8 is used for both primary GWAS association and conditional analyses. However, unlike primary association tests, conditional tests are limited to specific genomic regions surrounding primary GWAS index signals rather than being applied on a genome-wide scale.
In article II, we hypothesized that the application of 𝛼=5×10−8 is overly strict and results in a loss of power. To address this issue, we developed a quasi-adaptive method within a weighted hypothesis testing framework. This method exploits the type I error (𝛼=0.05) by providing less conservative SNP specific 𝛼-thresholds to select secondary signals in conditional analysis. Through simulation studies and power analyses, we demonstrate that the quasi-adaptive method outperforms the established criterion 𝛼=5×10−8 as well as the equal weighting scheme (the Sidak-correction). Furthermore, our method performs well when applied to real datasets and can potentially reveal previously undetected secondary signals in existing data.
In article III, we extended our quasi-adaptive method to identify plausible multiple independent signals at each locus (a secondary signal, a tertiary signal, a signal of 4th, and beyond) and applied it to the publically available GWAS meta-analysis to detect additional multiple independent eGFR-associated signals. The improved quasi-adaptive method successfully identified additional novel replicated independent SNPs that would have gone undetected by applying too conservative genome-wide significance level of 𝛼=5× 10−8. Colocalization analysis based on the novel independent signals identified potentially functional genes across the kidney and other tissues.
Overall, these articles contribute to the understanding of genetic factors associated with human kidney disease progression and provide novel methods for identifying secondary and multiple independent signals in conditional GWAS analyses.
Die Hospiz- und Palliativversorgung hat zum Ziel die Lebensqualität von Patient*innen mit einer unheilbaren Erkrankung zu erhalten und zu fördern. Jeder schwerkranke Mensch, der durch eine unheilbare Erkrankung eine Lebenserwartung von wenigen Tagen, Wochen oder Monaten hat, soll Zugang zur Hospiz- und Palliativversorgung erhalten. Im Rahmen der Hospiz- und Palliativversorgung werden neben der pflegerischen und medizinischen Ebene, Betroffene und deren Angehörige auf psychischer und spiritueller Ebene begleitet. Dies setzt eine gute interdisziplinäre und sektorübergreifende Zusammenarbeit voraus. Ziel der vorliegenden kumulativen Dissertation ist die Erstellung einer versorgungsepidemiologischen Analyse der Hospiz- und Palliativversorgung in Mecklenburg-Vorpommern auf Basis von Interviews, einer standardisierten schriftlichen Befragung und einer Analyse von Krankenkassendaten. Spezielles Augenmerk hat die Identifizierung von Problemen sowie Brüchen in der Kontinuität der Hospiz- und Palliativversorgung.
Die Dissertation besteht aus zwei Publikationen zur Hospiz- und Palliativversorgung in Mecklenburg-Vorpommern. In der ersten Publikation wurden mögliche Problembereiche und Barrieren in der Palliativ- und Hospizversorgung in Mecklenburg-Vorpommern anhand von qualitativen Interviews und einer darauf aufbauenden schriftlichen Befragung mit Leistungserbringer*innen der allgemeinen und spezialisierten Palliativversorgung und der Hospizversorgung ermittelt (im weiteren Verlauf der Dissertation „Befragungsstudie“ genannt). In der zweiten Publikation wurde die Kontinuität der Palliativ- und Hospizversorgung auf der Basis von Abrechnungsdaten der Krankenkasse AOK-Nordost untersucht (im weiteren Verlauf der Dissertation „Kontinuitätsstudie“ genannt).
Wichtigste Ergebnisse der qualitativen Interviews und der Befragungsstudie sind eine teilweise unzureichende Zusammenarbeit zwischen dem ambulanten und stationären Sektor sowie zwischen der allgemeinen und der spezialisierten Palliativ- und Hospizversorgung. Insbesondere die Zusammenarbeit der Hausärzt*innen mit spezialisierten palliativmedizinischen Leistungserbringer*innen wurde weniger gut bewertet. Die Bewertungen der Zusammenarbeit der einzelnen Leistungserbringer*innen deutet drauf hin, dass die Kooperation der Versorgung einer besseren Koordination bedarf. Dieses Ergebnis wurde anhand von Routinedaten im Rahmen der Kontinuitätsstudie untersucht. Die Kontinuitätsstudie zeigt, dass ein Großteil der Palliativpatient*innen nach einer palliativmedizinischen stationären Versorgung eine palliativmedizinische Anschlussversorgung erhielt, jedoch nicht immer binnen 14 Tage. Die durch die Befragungen erwarteten Versorgungslücken in Form von großen zeitlichen Abständen konnten anhand der Kontinuitätsstudie teilweise gefunden werden.
Die Praxis der Transfusion von Blutprodukten bei septischen Patienten – eine Observationsstudie
(2023)
Die Sepsis ist noch immer ein weit verbreitetes und gefürchtetes Krankheitsbild und kann prinzipiell jeden Menschen betreffen. Die Ausprägung und der Verlauf der Erkrankung können je nach Individuum, Vorerkrankungen und Erregern sehr unterschiedlich sein und bedürfen daher eines komplexen Zusammenspiels unterschiedlicher Therapiesäulen. Eine der Therapiemaßnahmen ist die Verabreichung von Blutprodukten. Diesbezüglich hat die Surviving Sepsis Campaign (SSC) Empfehlungen herausgegeben, deren Umsetzung in der klinischen Praxis bisher noch nicht ausreichend untersucht wurde.
Primäres Ziel der hier diskutierten Observationsstudie war daher die retrospektive Analyse der klinischen Praxis des Transfusionsmanagements bei Patienten mit schwerer Sepsis oder septischem Schock, die an der Universitätsmedizin Greifswald in den Jahren 2010-2013 auf einer Intensivstation behandelt wurden. Dabei stand die Untersuchung der Verabreichung von Erythrozytenkonzentraten im Vordergrund, jedoch wurden auch die Gaben von Fresh Frozen Plasma und Thrombozytenkonzentraten analysiert. Von den Patienten wurden neben allgemeinen Daten auch jede Transfusion von Blutprodukten während des aktuellen Krankenhausaufenthaltes vor Sepsisbeginn und bis 28 Tage nach Sepsisbeginn einschließlich der jeweiligen Transfusionstrigger erfasst und ausgewertet.
Von den 614 eingeschlossenen Patienten erhielten 79,8 % ein Blutprodukt. Der mittlere Hb-Wert (Hämoglobinwert), der als Transfusionstrigger zu der Verabreichung eines Erythrozytenkonzentrats führte, war 5,1 mmol/l. Die Daten bzgl. der Sterblichkeit der Patienten zeigten sich widersprüchlich, sodass anhand dieser Arbeit keine Aussage zu Ursache und Wirkung der Transfusion von Blutprodukten bei septischen Patienten möglich ist. Es konnte lediglich festgestellt werden, dass in dem Zeitraum 2010-2013 an der Universitätsmedizin Greifswald in der Praxis ein höherer Transfusionstrigger genutzt wurde als in der Leitlinie der SSC empfohlen (4,4 mmol/l). Dabei fanden allerdings weitere Einflussfaktoren, die zu einer Transfusion führen können, wie z. B. der klinische Zustand des Patienten, Einsatz von Vasopressoren oder auch geplante operative Eingriffe keine Berücksichtigung.
Um die aktuelle Empfehlung der SSC von 2021 für ein restriktives Transfusionsmanagement zu stützen, sind weitere multizentrische und randomisierte Studien notwendig, die u. a. auch weitere Einflussfaktoren für eine Transfusion außer dem Hb-Wert untersuchen.
Der Blepharospasmus ist eine Erkrankung, bei der es zu häufig wiederkehrenden Kontraktionen der Lidmuskulatur beider Augen kommt und gehört zu den fokalen Dystonien. Die Pathophysiologie dieser Bewegungsstörung ist noch nicht vollständig geklärt. Die Ursachenforschung und damit ein besseres Verständnis des Blepharospasmus ist wichtig, da der Blepharospasmus für die Patienten sehr behindernd sein kann. Die bisherigen Therapien des Blepharospasmus sind sicher, aber aktuell lediglich symptomorientiert. Auch deshalb sind Untersuchungen zur Pathophysiologie des Blepharospasmus sinnvoll. Derzeitige Vorstellungen zur Pathophysiologie des Blepharospasmus legen nahe, dass Veränderungen in einem Netzwerk vorliegen, welches aus den Basalganglien, dem Kleinhirn, dem Thalamus und dem sensomotorischen Kortex besteht. Zudem sind wahrscheinlich andere Strukturen wie die peripheren Schmerzrezeptoren und der visuelle Kortex beim Blepharospasmus betroffen. Während die Basalganglien, das Kleinhirn, der Thalamus und den sensomotorischen Kortex vorrangig für die Verarbeitung der sensorischen und motorischen Informationen verantwortlich sind, deuten mehrere Hinweise darauf hin, dass diese Strukturen auch bei der Verarbeitung von Informationen im Zusammenhang mit dem Riechen und dem Schmecken von Bedeutung sind. Basierend auf diesen Überschneidungen der beteiligten neuroanatomischen Strukturen stellt sich die Frage, ob Veränderungen des Riech- und Schmeckvermögens bei Patienten mit Blepharospasmus gefunden werden. Ferner wurde im Rahmen dieser Studie der Frage nachgegangen, ob die Behandlung mit Botulinumtoxin eine Auswirkung auf das Riechen und Schmecken bei Patienten mit Blepharospasmus hat.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden 19 Patienten mit einem Blepharospasmus (Alter 66.6 ± 8.7 Jahren, 14 Frauen und 5 Männer) und 15 gesunde Kontrollpersonen (Alter 65.9 ± 8.4 Jahren, 9 Frauen und 6 Männer) untersucht. Davon wurden zehn Patienten mit und ohne die Wirkung vom Botulinumtoxin untersucht und dazu passend zehn Kontrollpersonen im Abstand von vier Wochen zweimal untersucht. Die Erfassung der Riechschwelle, Geruchsidentifikation und -diskrimination fand mit den Sniffin‘ Sticks statt. Zudem wurden die Taste Strips verwendet, um den Geschmackssinn der Probanden zu bewerten. Des Weiteren wurden kognitive Funktionen und psychiatrische Veränderungen als bekannte Komorbiditäten des Blepharospasmus erfasst und mit den Ergebnissen beim Riechen und Schmecken korreliert.
Patienten mit einem Blepharospasmus hatten eine signifikant geringere Riechschwelle als die Kontrollpersonen. Ferner war der Anteil der Patienten, die eine Hyposmie aufwiesen, höher als bei den Kontrollpersonen. Die motorischen, die nicht-motorischen sowie die psychiatrischen Symptome korrelierten nicht mit den Defiziten bei der Riechschwelle. Es fand sich keine Schmeckstörungen und auch die Geruchsdiskriminierung sowie die Geruchsidentifikation waren bei den Patienten mit Blepharospasmus unauffällig. Auch fand sich kein wesentlicher Unterschied beim Riechen oder Schecken bei der Behandlung der Patienten mit Botulinumtoxin.
Die gefundenen Riechstörung sind weniger ausgeprägt als bei der zervikalen Dystonie, können aber zum besseren Verständnis der Erkrankung des Blepharospasmus beitragen. Vergleichend mit Befunden von Läsionsstudien deuten die Ergebnisse darauf hin, dass der Thalamus und das Kleinhirn eventuell in der Pathophysiologie des Blepharospasmus beteiligt sein könnten. Eine genaue Benennung der Ursachenlokalisation ist schwierig, da es sich beim Blepharospasmus wahrscheinlich um eine Netzwerkerkrankung handelt und somit verschiedene Strukturen betroffen sein können. Die Behandlung der Patienten mit Blepharospasmus mit Botulinumtoxin beeinflusst wahrscheinlich nicht das Riechen und Schmecken und ist damit auch aus dieser Sicht als eine eher sichere Behandlungsmöglichkeit anzusehen. Weitere Untersuchungen auf diesem Gebiet, zum Beispiel mittels neurophysiologischer Untersuchungsverfahren zum Riechen und Schmecken oder bildgebenden Untersuchungsverfahren, sind mit Spannung zu erwarten.
Das Glioblastom (WHO Grad IV) ist der häufigste und aggressivste hirneigene Tumor des erwachsenen Menschen. Trotz Standardtherapie, bestehend aus neurochirurgischer Resektion aller im MRT kontrastmittelaufnehmenden Tumoranteile, Radiotherapie und Chemotherapie mit Temozolomid, liegt das mittlere Überleben der Patienten bei nur knapp über einem Jahr.
In früheren Arbeiten unserer Gruppe wurde die PSGL-1-Expression auf Tumor-assoziierten Makrophagen (TAM) mittels FACS und Immunhistochemie (IHC) untersucht. Die FACS- und IHC-Ergebnisse korrelierten nicht miteinander, da die Proben für beide Methoden aus unterschiedlichen Regionen im Tumor stammten. Die vorliegende Studie zielte darauf ab, die intratumorale Heterogenität sowie Phänotypen von TAM und Zytokinen beim GBM mit besonderem Fokus auf der PSGL-1-Expression zu untersuchen. Tumorproben von elf GBM-Patienten wurden zum Zeitpunkt der Erstdiagnose unter neuronavigatorischer Anleitung aus bis zu sechs verschiedenen definierten Regionen pro Tumor des kontrastverstärkten Tumorrandes gewonnen. Anschließend wurden die Proben sofort eingefroren. Insgesamt 12 Antigene wurden mittels Immunfluoreszenzfärbung (IF) als Komplett-Aufnahmen von Gewebeschnitten mikroskopiert und digital zusammengefügt. Die IF-Analyse erfolgte ausschließlich Algorithmus-basiert. Die Flüssigkeitsüberstände der 24-stündig inkubierten Tumorproben wurden durchflusszytometrisch gemessen. Die Gesamtexpressionsintensitäten sowie die Heterogenität der Expressionen zwischen verschiedenen Regionen eines Tumors wurde formelbasiert quantifiziert. Erwartungsgemäß zeigte sich GFAP als Tumorzellmarker mit dem höchsten Expressionsniveau über alle Patienten und Probenorte hinweg. Ein mittleres Expressionsniveau zeigte sich für CCR7, CD204, Arg1, iNOS, CD163 und CSF1R. MHC-II, CD206, CD16 und CD68 gehörten zu den niedrig exprimierten Antigenen. Interessanterweise zeigten diese niedrig exprimierten Antigene den höchsten Score bei der Bewertung der intratumoralen Heterogenität. Die geringste intratumorale Heterogenität wurde bei der GFAP-Expression gesehen (Score 5,5).
Die vorliegende Studie zeigt eine ausgeprägte intratumorale Heterogenität der gemeinsamen Oberflächenexpressionsmarker von TAM sowie der Zytokine im GBM. Insbesondere niedrig exprimierte Antigene, wie PSGL-1, weisen eine hohe intratumorale Heterogenität auf. Dennoch haben die TAM einen überwiegend antiinflammatorischen Phänotyp. Dies zeigt, dass immunologische Studien mit einer Probe pro Tumor in ihrer Aussagekraft eher begrenzt sind.
The effect of interdental cleaning on progression of caries, periodontitis and tooth loss is a highly discussed topic in dental research since these conditions are among the most common infectious diseases of mankind. Caries is a multifactorial disease defined by a demineralization process of the dental hard tissue, caused by bacteria, which, if untreated ultimately results in tooth decay and tooth loss. A study published in 2015 confirmed that untreated caries in permanent teeth is still the most prevalent condition worldwide. Gingivitis, an acute inflammation of the gingival tissue, caused by substances deduced from the microbial plaque can develop into the clinical picture of an acute periodontitis. Severe periodontitis is still the sixth-most prevalent condition globally with a prevalence of 11.2% between 1990-2010. Progression of periodontitis leads to bone loss which as well ultimately results in tooth loss, if left untreated. In our study we want to examine the use of IDA in relation to caries and periodontal diseases, thus tooth retention to gain more detailed and long-term results about the effect of IDA and therefore prevent, counteract and understand these oral diseases better.
Using data from SHIP-TREND, a population-based observational cohort study conducted in Western Pomerania (Germany), we examined effects of daily usage of interdental cleaning aids on follow-up (SHIP-TREND-1) values of oral outcomes comprising caries (DFS, interdental DFS, non-interdental-DFS), gingivitis (plaque, BOP), chronic periodontitis (mean PD, mean interdental PD, mean non-interdental PD, mean CAL, mean interdental CAL, mean non-interdental CAL, CDC/APP case definition) and tooth loss (number of missing teeth) using comprehensively adjusted linear and ordinal logistic regression models. In total, data from over 2,000 participants with a follow-up time of approximately seven years were utilized. Based on interviews, participants were asked about their habit and the regularity of using interdental aids as a cleaning aid at home. Furthermore, the type of IDA was then analyzed and differentiated into groups of IDA non-users, wooden stick users, floss users and interdental brush users.
Regular interdental aids usage was associated with reduced levels of periodontitis severity (mean PD and mean CAL) and gingivitis variables (plaque and BOP). The beneficial effect was more pronounced in participants using dental floss or interdental brushes regularly. After seven years of follow-up, odds of having higher mean PD levels were halved (Odds Ratio 0.49; 95% confidence interval (CI) 0.35;0.66) comparing dental floss users with non-users. Respective ORs were 0.61 (95%CI 0.45;0.83) for mean CAL, 0.52 (95%CI 0.36;0.77) for BOP and 0.36 (95%CI 0.24;0.54) for plaque. Similarly, ORs for interdental brush users were 0.75 (95%CI 0.55;1.02) for mean PD, 0.64 (95%CI 0.41;0.97) for BOP and 0.55 (95%CI 0.39;0.77) for plaque, compared to non-users. For wooden sticks non-significant associations were found, which does not allow any statement to be made regarding possible effects on oral health. Caries variables (DF-S) and the number of missing teeth were non-significantly associated with interdental aids usage.
In conclusion, results suggest that interdental cleaning aids usage may contribute to healthier gums and reduced inflammation, if combined with daily toothbrushing and regular dental checkups. Specifically, dental flossing and interdental brushing might notably reduce gingival inflammation and therefore prevent chronic periodontitis. These findings contribute to a more distinct picture of how IDA might help to prevent oral diseases and must be properly integrated into our daily oral hygiene program.
Das kolorektale Karzinom stellt mit ca. 63.000 Neuerkrankungen pro Jahr die zweithäufigste Tumorerkrankung in Deutschland dar.1 Weltweit wird bis 2030 mit einem Anstieg der Inzidenz und Mortalität um 60 % gerechnet..264 Dabei steigt die Zahl der Kolonkarzinome in Schwellenländern bereits deutlich an und betrifft immer jüngere Menschen.2 Aufgrund dieser gesundheitlichen Herausforderungen ist die Entwicklung neuer Therapieverfahren von besonderem Interesse. Mit der Entdeckung einer möglichen Beteiligung von Gerinnungsproteasen an der Progression verschiedener Karzinome, darunter auch kolorektaler Erkrankungen, wurde ein neuer therapeutischer Angriffspunkt geschaffen, der im Rahmen der vorliegenden Dissertation untersucht werden sollte. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Wirkung des aktivierten Gerinnungsfaktors FXa und der PAR2-Aktivierung auf das Kolonkarzinom in vitro und in vivo.
In vitro wurden drei verschiedene Kolonkarzinomzelllinien (murine MC38 Zellen, humane HCT116 Zellen und humane CaCo2 Zellen) vergleichend auf den Einfluss von FXa untersucht. Es konnte beobachtet werden, dass die Proliferation und Migration von MC38 Zellen durch FXa, nicht aber durch Thrombin signifikant erhöht wird. Der gleiche Effekt wird im Wound Scratch Assay nach selektiver PAR2-Aktivierung (Protease Activated Receptor 2) beobachtet, was auf einen PAR2-gesteuerten Migrationseffekt in MC38 Zellen hindeutet, da FXa seine zellulären Effekte über PAR2 vermitteln kann. Darüber hinaus kann eine Beteiligung des EGFR an dieser FXa-induzierten Migration bestätigt werden. Im Western Blot zeigt sich eine verstärkte Aktivierung der Signalmoleküle p38 MAPK, p44/42 MAPK und AKT nach FXa-Stimulation als mögliche Ursache der migratorischen und proliferativen Effekte des Gerinnungsfaktors. Der Einsatz des EGFR-Inhibitors Erlotinib zeigte eine Beteiligung des EGFR an der Aktivierung von p38 MAPK und AKT in MC38 Zellen. Die Stimulation von Kolonkarzinomzellen der Maus mit FXa führt zudem zu einer signifikant erhöhten Expression von PAR2.
Die aktivierten Gerinnungsfaktoren FXa und Thrombin haben dagegen keinen Einfluss auf die Proliferationsrate von humanen HCT116 und CaCo2 Zellen in vitro. Während die Motilität von CaCo2-Zellen durch FXa und Thrombin reduziert wird, erhöhen diese die Migrationsfähigkeit von HCT116-Zellen signifikant. Die selektive PAR2-Aktivierung führt ebenso wie FXa zu einer reduzierten Motilität der CaCo2-Zellen. Dies deutet auf einen PAR2-vermittelten Effekt hin. In HCT116 Zellen löst sowohl eine PAR1- als auch eine PAR2-Aktivierung eine signifikant erhöhte Zellmigration aus. Das zugrundeliegende promigratorische Signal nach FXa-Stimulation konnte mittels Western Blot in der gesteigerten Phosphorylierung von p38 MAPK und p44/42 MAPK in CaCo2 Zellen gefunden werden. In HCT116 Zellen hatte FXa keinen Einfluss auf die Aktivierung dieser Signalmoleküle.
In vivo wurde erfolgreich ein Tiermodell für die subkutane Injektion von murinen Kolonkarzinomzellen etabliert. Dabei werden eine Million MC38 Zellen in die Flanke von C57Bl/6J Wildtyp und PAR2-KO Mäusen mit C57Bl/6J Hintergrund injiziert und das Tumorwachstum über 21 Tage beobachtet. Die Ergebnisse zeigen einen entscheidenden Einfluss von PAR2 auf die Tumorentstehung. PAR2-KO Mäuse weisen nach 21 Tagen signifikant kleinere Tumore auf als ihre Wildtyp Artgenossen. PAR2-KO Tiere müssen zudem seltener aufgrund ihres Gesundheitszustandes vorzeitig aus dem Versuch genommen werden. Auffällig ist auch das größere Milzgewicht im Verhältnis zum Körpergewicht bei PAR2-KO Tieren, was auf gesteigerte Inflammationsreaktionen hindeuten könnte. Der Einsatz eines direkten FXa-Hemmers (Apixaban) in klinisch relevanten Dosierungen hat in vivo keinen signifikanten Einfluss auf die Progression des Kolonkarzinoms.
Die in dieser Arbeit generierten Daten belegen vor allem die Bedeutung von PAR2 für die Progression des Kolonkarzinoms: In vitro können zum Teil starke, aber sehr unterschiedliche Effekte des aktivierten Gerinnungsfaktors FXa bzw. des aktivierten PAR2 auf kolorektale Karzinomzellen beobachtet werden. In vivo hingegen zeigt sich, dass weniger FXa als vielmehr die Aktivierung von PAR2 direkt an der Progression des kolorektalen Karzinoms beteiligt ist. Durch molekularbiologische Untersuchungen mittels PCR konnte zudem eine Beteiligung des S1P-Signalweges nachgewiesen werden.
Bereits seit dem Ende des 20. Jahrhunderts ist bekannt, dass PAR1 in verschiedenen Krebsarten überexprimiert wird und direkt mit der Malignität von Tumorerkrankungen assoziiert werden kann. Auch eine steigende PAR2-Expression kann mit einem schlechteren Outcome bei Patienten mit Magen- oder Prostatakrebs in Verbindung gebracht werden.186 In der vorliegenden Arbeit konnte der Zusammenhang zwischen PAR2-Signaling und einer schlechteren Prognose im Darmkrebs-Tiermodell bestätigt werden. Die Expression des Rezeptors im Endothel oder im Gastrointestinaltrakt, in direkter Umgebung des Tumors, kann einen starken Einfluss auf das Tumorgeschehen ausüben. Die Inhibition von PAR2 oder des nachgeschalteten PAR2-Signalings könnte daher einen vielversprechenden neuen Therapieansatz beim kolorektalen Karzinom darstellen.
Auswirkungen der Körperposition auf die Magenentleerung und Pharmakokinetik von oralen Arzneiformen
(2023)
Kenntnisse über die Physiologie des humanen GITs und dessen Einfluss auf orale Arzneiformen sind essenziell für die Sicherheit der Pharmakotherapie. Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss unterschiedlicher Körperpositionen auf das Anfluten von Koffein als Modell für eine Substanz der BCS Klasse I bei der Einnahme als Tablette und Kapsel sowie die Magenentleerung des mitgetrunkenen Wassers zu untersuchen und untereinander zu vergleichen. Die Erhebung der Daten erfolgte durch Speichelproben von 12 gesunden Probanden nach Einnahme von jeweils 240 mL Wasser zusammen mit einer Koffein enthaltenden Eiskapsel als Markierung für das Wasser, sowie je einer ebenfalls Koffein enthaltenden Hartkapsel und einer Tablette in aufrechter Körperposition, Rückenlage, Rechts- und Linksseitenlage im Crossover-Design. Zur Unterscheidung wurde für die Eiskapsel 13C3-isotopenmarkiertes Koffein, für die Kapsel 13C1-isotopenmarkiertes Koffein und für die Tablette natürliches (12C) Koffein verwendet.
Die Magenentleerung von Wasser im nüchternen Zustand ist abhängig von dem hydrostatischen Druck, der auf den Pylorus drückenden Wassersäule. Abhängig von der Körperposition wird demnach unterschiedlich viel zusätzliche mechanische Arbeit des Magens benötigt, um das Wasser gegen die Schwerkraft zu transportieren. Da diese Arbeit in allen Positionen in Abhängigkeit des MMC ohnehin durch aktive Kontraktionen und Motilität aufgebracht wird, ist bei zusätzlich vorliegendem hydrostatischen Druck die Wasserentleerung schneller. Die Magenentleerung von Wasser ähnelt sich in aufrechter Körperposition und Rechtsseitenlage, da in diesen Körperpositionen keine zusätzliche mechanische Arbeit benötigt wird, um das Wasser gegen die Schwerkraft zu transportieren. Im Gegensatz dazu entleert der Magen in Rückenlage und in Linksseitenlage langsamer Wasser, da in diesen Körperpositionen das Wasser gegen die Schwerkraft aus dem Pylorus herausgedrückt werden muss. So war in Linksseitenlage statistisch signifikant die AUC0-61 um 25% und die Cmax um 18% kleiner als in aufrechter Körperposition. Auch in Rückenlage war die AUC0-61 und die Cmax im Trend kleiner als in aufrechter Körperposition. Das durchschnittliche tmax wurde in Rückenlage und Linksseitenlage im Trend erst später erreicht.
Die Ergebnisse der Tablette und Kapsel spiegelten größtenteils die Ergebnisse der Wasserentleerung wider, wodurch die enorme Bedeutung der Magenentleerung als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pharmakokinetik verschiedener schnell zerfallender Darreichungsformen abermals belegt wurde. Die durchschnittliche AUC0-61 in Linksseitenlage war um 33% und statistisch signifikant kleiner als in aufrechter Körperposition. Auch die AUC0-61 in Rechtsseitenlage war signifikant größer als in Linksseitenlage. Im Trend wurde das durchschnittliche tmax nach Einnahme der Hartkapsel in Linksseitenlage erst später erreicht und das durchschnittliche Cmax war kleiner. Im Trend flutete die Hartkapsel in Rückenlage langsamer an als in aufrechter Körperposition und Rechtsseitenlage und schneller als in Linksseitenlage.
Die Tablette flutete, im Gegensatz zur Magenentleerung von Wasser, im Trend geringgradig schneller in Rechtsseitenlage an als in aufrechter Körperposition. Der Grund für diese besonders schnelle Wirkstoffanflutung in Rechtsseitenlage war vermutlich, dass die Tablette direkt ins Antrum fiel, aufgrund der Motilität dort schneller desintegrierte oder sogar in den Dünndarm entleert wurde, was wiederum zu noch steileren Profilen führte. Statistisch war die durchschnittliche AUC0-61 dementsprechend in Rechtsseitenlage signifikant größer als in Rücken- und Linksseitenlage. Auch die maximal erreichte Konzentration (Cmax) war statistisch signifikant höher in Rechtsseitenlage als in Linksseitenlage. Die AUC0-61 in Linksseitenlage war ebenfalls statistisch signifikant um durchschnittlich 41% kleiner als in aufrechter Körperposition. Das durchschnittliche tmax wurde in Rücken- und Linksseitenlage im Trend später erreicht als in aufrechter Körperposition und Rechtsseitenlage.
Die Daten der Studie zeigten, dass auch die Lag time von Darreichungsformen körperpositionsabhängig waren. Statistisch war die durchschnittliche Lag time nach Einnahme der Tablette in Rechtsseitenlage signifikant kürzer als in Linksseitenlage.
Die Daten zeigten außerdem, dass die Körperposition vor allem für Darreichungsformen mit langer Desintegrationszeit einen wichtigen Einflussfaktor auf das Anflutungsverhalten hatte, da zum Zeitpunkt des Starts der Desintegration bereits vermehrt Wasser aus dem Magen entleert wurde. Besonders bei schlechter löslichen Arzneistoffen könnte demnach der Einfluss der Körperposition noch deutlich gravierender ausfallen. Die Daten zeigten dennoch, dass auch gut lösliche Arzneistoffe teilweise über Stunden im Magen verweilen und zu Doppelpeaks führen können.
Für biopharmazeutische Modellierungen, wie beispielsweise PBPK Modelle, ist der Unterschied zwischen der Magenentleerung in aufrechten Körperposition und in Rückenlage besonders von Bedeutung, da die Modelle häufig auf MRT Daten basieren, welche in Rückenlage akquiriert werden. Die durchschnittliche AUC0-61 nach Einnahme der Hartkapsel war in aufrechter Körperposition um 24% größer als in Rückenlage. Die durchschnittliche AUC0-61 nach Einnahme der Tablette war in aufrechter Körperposition um 52% größer als in Rückenlage. Da die im Rahmen dieser Arbeit gemessenen Unterschiede den potenziell enormen Einfluss der Körperposition für Modellierungen bei der Arzneimittelentwicklung sowie für die klinische Praxis mit liegenden Patienten unterstreichen, ist eine weitere Abklärung des Einflusses der Körperposition unter anderem auch im postprandialen Zustand empfehlenswert.
Age is the single biggest risk factor for most major human diseases. As such, understanding the intricate molecular changes that drive biological aging holds great promise in attempting to slow
the onset of systemic diseases and thereby increase the effective health-span in modern societies.
This thesis explores several computational approaches to capture and analyze the molecular biological alterations triggered by intrinsic and extrinsic aging using skin as a model tissue to deliver genes and pathways as potential targets for intervention strategies.
Publication 1 demonstrates the utility of multi-omics data integration strategies for aging research, leading to the identification of four latent aging phases in skin tissue through an integrated cluster analysis of gene expression and DNA methylation data. The four phases improved the detection of molecular aging signals and were shown to be associated with sunbathing habits of the test subjects. Deeper analysis revealed extensive non-linear alterations in various biological pathways particularly at the transition into the fourth aging phase, coinciding with menopause, with potentially wide-reaching functional implications. Publication 2 describes the development of a novel type of age clock, that provides a new level of interpretability by embedding biological pathway information in the architecture of an artificial neural network. The clock not only generates meaningful biological age estimates from gene expression data, but further allows simultaneous monitoring of the aging states of various biological processes through the activations of intermediate neurons. Analyses of the inner workings of the clock revealed a wide-spread impact of aging on the global pathway landscape. Simulation experiments using the transcriptomic clock recapitulated known functional aging gene associations and allowed deciphering of the pathways by which accelerated aging conditions such as chronic sun exposure and Hutchinson-Gilford progeria syndrome exert their effects. Publication 3 further explores the molecular alterations caused by the pro-aging effector UV irradiation in the skin. The multi-omics data analysis of repetitively irradiated skin revealed signs of the immediate acquisition of aging- and cancer-related epigenetic signatures and concurrent wide-spread transcriptional changes across various biological processes. Investigations into the varying resilience to irradiation between subjects revealed prognostic biomarker signatures capable of predicting individual UV tolerances, with accuracies far surpassing the traditional Fitzpatrick classification scheme. Further analysis of the transcripts and pathways associated with UV tolerance identified a form of melanin-independent DNA damage protection in individuals with higher innate UV resilience.
Together, the approaches and findings described in this thesis explore several new angles to advance our understanding of aging processes and external drivers of aging such as UV irradiation in the human skin and deliver new insight on target genes and pathways involved.
Can established parties influence the electoral success of new parties? To answer this research question, the author examined the relationships of 168 new parties in 18 highly developed democracies with their established competitors based on their respective election programmes and election results. His analysis of the textual similarity of these election manifestos shows that established parties can influence their competitors' election results by selectively changing the emphasis of their policies. However, competition among the parties must also be taken into account. This study thus contributes to a better understanding of the dynamics of party competition and the opportunities offered by computer-assisted textual analysis in the social sciences.
Background & Aim: Person-Centered-Care (PCC) requires knowledge about patient preferences. Among People living with Dementia (PlwD) only limited evidence about patient preferences, more specifically quantitative preferences, is available. Additionally, data on congruence of patient preferences with physicians’ judgements are missing. Information on patient preferences and their congruence with physicians’ judgements is expected to support Shared Decision-Making and respectively support the implementation of PCC in dementia. The aim of this dissertation was to analyze patient preferences and physicians’ judgements for PCC, including an assessment of their congruence, based on data from the mixed-methods PreDemCare-study. (Funding: Doctoral Scholarship from the Hans & Ilse Breuer-Stiftung.)
Methods: Development and conduct of a cross-sectional Analytic Hierarchy Process (AHP) survey with n=50 PlwD and n=25 physicians. Individual AHP-weights were calculated with the principal right eigenvector method and aggregated per group by Aggregation of Individual Priorities (AIP) mode. Individual consistency ratios (CRs) were calculated and aggregated per group. Group differences were analyzed descriptively by AIP-derived means and standard deviations of AHP-weights, resulting ranks, and boxplots. Additionally, differences between groups were investigated with independent paired t-tests or Mann Whitney-U tests. The sensitivity of AHP-results at the level of criteria was tested by an exclusion of inconsistent respondents in both groups, with an accepted threshold of the individual CR at ≤ 0.3 for PlwD and ≤ 0.2 for physicians.
Results: Contrary to expectation, PlwD’s and physician’s ranking of AHP-elements did not differ meaningfully. Memory Exercises was the only AHP-criterion, for which a significant difference in AHP-weights could be identified (p-value = 0.01). After inconsistent participants had been excluded, no rank reversals occurred. At the level of criteria, the mean CR for PlwD was 0.261 and 0.181 for physicians, id est (i.e.) below the
defined threshold.
Conclusion: In the selected study setting of the PreDemCare-study, patient preferences and physicians’ judgements for elements of PCC in dementia aligned well, contrary to expectations. Subject to restrictions by small sample sizes, the findings may form a basis to guide the implementation of preference-based, person-centered dementia care.
Das Krankheitsbild des Hydrozephalus stellt mit seiner komplexen Pathophysiologie eine Herausforderung in der Neurochirurgie dar. Die Folgen dieser Erkrankung können von leichten Beschwerden, über schwere demenzielle Symptome bis hin zum vorzeitigen Tod reichen. [7] Durch eine frühzeitige Behandlung können dessen Symptome und das Risiko für krankheits-bedingte Komplikationen reduziert werden. Als Therapieformen stehen verschiedene Shuntsysteme und die endoskopische Drittventrikulostomie (ETV) zur Verfügung, wobei sich letztere insbesondere bei obstruktivem Hydrozephalus als bevorzugte Therapieoption etablierte [14, 68, 92, 107]. In der bisherigen Literatur wurden die Erfolgsraten bei einem kommunizierenden Hydrozephalus zwischen 21 % und 75 % angegeben [14, 43, 54, 58-61, 64]. Zudem können bei bestimmter Indikation mehrere ETV durchgeführt werden. Bislang wurden diese sogenannten Rezidiv-ETV in 15 Studien analysiert, wobei die Erfolgsrate zwischen 37,1 % und 100% lag [25, 33, 34, 53, 55, 73-82].
Ziel dieser Arbeit war es die Effektivität und Sinnhaftigkeit einer ETV bei kommunizierendem Hydrozephalus und einer Rezidiv-ETV zu überprüfen und im Hinblick auf Alternativtherapien kritisch zu analysieren sowie mögliche Prädiktoren für einen Erfolg statistisch auszuwerten.
Für die vorliegende Dissertation wurden Daten von 378 Patienten mit insgesamt 408 ETV über einen Langzeitverlauf von 294 Monaten ausgewertet, von denen jeweils 29 Patienten eine ETV bei kommunizierendem Hydrozephalus oder mindestens eine Rezidiv-ETV erhielten. Dabei konnten keine Erfolge bei kommunizierendem Hydrocephalus verzeichnet werden, weshalb dieser keine geeignete ETV-Indikation darstellt und somit zukünftig eine Shunt-Implantation sinnhafter ist. Die Gesamterfolgsrate bei Patienten mit Rezidiv-ETV betrug 31%. In der statistischen Analyse fiel auf, dass tendenziell mehr pädiatrische Patienten in der Misserfolgsgruppe der Rezidiv-ETV vorkamen und die Erfolgsgruppe ausschließlich aus männlichen Patienten bestand. Trotzdessen zeigte sich kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Patienten mit Erfolg und Misserfolg der Rezidiv-ETV in Bezug auf Ätiologie, den Misserfolgsgrund der initialen ETV und das Lebensalter. Die statistische Signifikanz hinsichtlich des Geschlechtes sollte kritisch hinterfragt werden. Eine VP-Shunt-Implantation vor initialer ETV zeigte eine leichte, jedoch nicht signifikante, Reduktion der Erfolgsrate einer Rezidiv-ETV. Der umfangreiche Langzeitverlaufs dieser Arbeit erlaubte einen Vergleich zwischen frühem und spätem Versagen einer Rezidiv-ETV, wobei die Erfolgsrate bei frühen Rezidiv-ETV tendenziell geringer, jedoch ohne statistische Signifikanz, ausfiel.
Plus‐strand RNA [(+)RNA] viruses are the largest group of viruses, medically highly relevant human pathogens, and are a socio‐economic burden. The current global pandemic of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS‐CoV‐2) shows how a virus has been rapidly spreading around the globe and that– without an antiviral treatment– virus trans mission is solely dependent on human behavior. However, other (+)RNA viruses such as rhino‐, noro‐, dengue‐ (DENV), Zika, and hepatitis C virus (HCV) are constantly spreading and expanding geographically. As in the case of hepatitis C, since its first identification in the 1970s, it took more than 30 years to understand the HCV structure, genome organiza t ion, life cycle, and virus‐host interplay leading to the cure of a chronic and life‐threatening disease. However, no vaccination or antiviral treatment exists for most (+)RNA viruses. Con sequently, a precise and comprehensive analysis of the viruses, their life cycles, and parasitic interactions with their hosts remains an important field of research. In the presented thesis, we use mathematical modeling to study the life cycles of (+)RNA viruses. We analyze replication strategies of closely related (+)RNA viruses, namely HCV, DENV, and coxsackievirus B3 (CVB3), to compare their life cycles in the presence and ab sence of the host’s immune response and antiviral drug treatment and consider different viral spreading mechanisms. Host dependency factors shape the viral life cycle, contribut ing to permissiveness and replication efficiency. Our mathematical models predicted that host dependency factors, such as ribosomes, and thus the virus’ ability to hijack the host cell’s translation machinery play an essential role in the viral genome replication efficiency. Furthermore, our mathematical model suggested that the availability of ribosomes in the vi ral life cycle is a crucial factor in disease outcome: the development of an acute or chronic disease. Even though the host developed strategies to attack the virus, e.g., by degrading the viral genome, blocking the viral protein production, and preventing viral spread, viruses found strategies to countermeasure those so‐called host restriction factors derived from the immune system. Our mathematical models predicted that DENV might be highly effective in blocking the cell’s attempts to recognize the invader. Moreover, we found ongoing HCV RNAreplication even with highly effective antiviral drugs that block processes in the viral life cycle. Furthermore, we found alternative pathways of infection spread, e.g., by HCV RNA carrying exosomes, which may be a possible explanation for reported plasma HCV RNA at the end of treatment, found in a subset of patients. Hence, the mathematical models presented in this thesis provide valuable tools to study the viral replication mechanism in detail. Even though being a simplification of reality, our model predictions confirm and explain known and suggest novel biological mechanisms. In the pre sented thesis, I will summarize and discuss key findings and contextualize model predictions in the broader scientific literature to improve our understanding of the viral dynamics and the virus‐host interplay.
The respiratory epithelium acts as both, a barrier of the respiratory tract to Nipah virus (NiV) entry and at the same time as a significant determinant of virus shedding. Both, for humans and pigs, replication in the respiratory tract epithelia is considered a major factor in transmission to other hosts. To understand why the virus constitutes a high-risk pathogen for livestock and humans, knowledge about
viral replication and host responses in relevant cells and tissues is crucial. Most in vitro studies, however, have been performed in conventional cell lines or non-differentiated lung cells. Only a few examples exist where Henipavirus infections have been investigated in fully-differentiated lung
epithelial cell models.
Thus, one aim of this thesis was to investigate infection, replication, spread and host protein dynamics of NiV in primary bronchial epithelial cells (BEC) cultivated at the air-liquid-interphase (ALI). By
immunofluorescence imaging, the NiV infection dynamics in BEC-ALI cultures were monitored over a 12 day time course, in order to provide detailed information about the infection process in the
respiratory epithelium of pigs and ferrets. Compared to undifferentiated primary BEC, the specific infectivity of NiV in BEC-ALI cultures was low. Infections remained focal and complete infection of the
cultures was not observed, even at 12 dpi. Analysis of viral titers and viral mRNA indicated a limited
virion release from the infected ALI-cultures while most of the newly synthesized NiV-RNA remained
cell associated. Immunofluorescence analysis of cross sections from infected ALI-cultures revealed
large infected areas that exhibited a strong cytopathic effect (CPE). Disruption of the epithelium
resulted in apical release of virus antigen-positive cell detritus while ciliated areas and basal cells were
less affected. From these data it was concluded, that NiV transmission could be supported by
exhalation of cell debris associated NiV and thus may contribute to rapid spread of infection in swine
populations.
A second aim was to explore the dynamics of host responses to NiV infection in differentiated BEC-ALI
culture and to assess whether this differs to conventional cell line data available from literature. Even
though strong CPE appeared in later phases of NiV infection, at least the porcine PBEC-ALI cultures
remained robust enough to allow protein sampling over 12 days infection course. Subsequent MS-based proteomics enabled unprecedent insight in complex cell culture response upon NiV infection.
Previous reports indicated a lack of efficient interferon type I induction in non-differentiated pig or
human BEC which were considered a prerequisite for efficient replication in the respiratory epithelium
and virusspread. In contrast to non-differentiated pig BEC (PBEC), in PBEC-ALI cultures multiple factors
involved in interferon responses were upregulated upon NiV infection. Thereby it was demonstrated
that NiV infection induced a robust innate immune response upon infection with elevated components of antigen processing and presentation resulting in the conversion from the constitutive proteasome to the immunoproteasome. In contrast to previous reports about NiV-infected non-differentiated
PBEC or endothelial cells, incomplete immunoproteasome formation and limitations in interferon
response could be excluded. Thus, a model is proposed in which NiV infection and spread in differentiated PBECs is slowed by potent innate immune responses to the virus infection. Overall, the
findings highlight the important role of the respiratory epithelium not only as a physical barrier to virus
infections but also indicate itsrole as a primary site of adaptive immune induction through NiV induced
antigen processing and MHC I presentation.
Finally, to allow functional studies of Henipaviruses at the BSL-2 biosafety level a recombinant CedPV
was generated and rescued. An imaging based screening and quantitative analysis pipeline was established to investigate the role of cellular factors and to screen for potential virus and host gene
directed inhibitory factors. Accordingly, different host and viral genes were targeted with a siRNA-pool
either targeting virus or selected cellular mRNAs followed by the infection with the CedPV and the
quantification of infected cells. With proof of concept of the siRNA screening pipeline, the recombinant
CedPV clone was used as a backbone to insert variousfluorescence reporter genesin order to optimize
the analysis workflow by allowing direct virus quantification in live, unstained samples. Consequently,
this thesis provides a valuable proof for future approaches related to the function of virus proteins,
influence of host-factors and virusreplication and Henipavirus-inhibitorscreens at low biosafety levels.
The role of cell-penetrating peptides in the induction of T cell responses by virus-like particles
(2023)
Many viral structural proteins can self-assemble into virus-like particles (VLPs). VLPs can serve as an effective vaccine or be used as a vaccine platform. One of these structural proteins is the hepatitis B virus core antigen (HBcAg), which appears to be suitable as an antigen carrier due to its high immunogenicity. HBcAg has a major immunodominant region (MIR) that is presented on the surface of the VLPs after self-assembly. Foreign antigens can be inserted into this region. Since HBcAg VLPs, unlike the Hepatitis B virus (HBV), do not have an envelope, they are not able to penetrate cell membranes efficiently. As an extracellular antigen, HBcAg VLPs primarily induce a strong humoral immune response.
In the present study, we investigated the extent to which HBcAg can be modified to also elicit an enhanced cellular, particularly a cytotoxic, immune response. A cytotoxic CD8+ T cell response is predominantly induced by intracellular antigens. Therefore, our goal was to increase the cell penetration capacity of VLPs. We aimed to achieve this by fusing cell-penetrating peptides (CPPs) to HBcAg. CPPs can spontaneously penetrate cell membranes to enter the cytoplasm of cells. To guarantee that the CCPs were localized to the surface of the VLPs, we fused CPPs to the N-terminus of HBcAg. The CCPs were followed by a tag to allow the purification of VLPs. The T cell epitopes, against which the induced CTL should be directed, were derived from the Large T antigen and inserted into the MIR of HBcAg. Finally, we fused fluorescent proteins to the C-terminus of HBcAg to track the entry of VLPs into cells.
Modifications of HBcAg may lead to reduced stability or altered structure of VLPs. To analyze the stability of VLPs, we used nanoscale differential scanning fluorimetry (nanoDSF) analysis. This revealed that the N-terminal fusion of CPPs or the tag to HBcAg does not reduce VLP stability. However, some peptides incorporated into the MIR had a significant effect on the structure and stability of the VLPs. While the incorporation of a Flag-tag or a peptide from ovalbumin had no negative effect on VLP stability, the incorporation of peptides representing T cell epitopes of Large T antigen interfered with VLP formation. Denaturation and reassembly of the aggregates significantly improved the homogeneity of the VLPs, and the C-terminal addition of arginine-rich domains enhanced stability.
Using live cell imaging and flow cytometry, we demonstrated that HBcAg VLPs functionalized with CPP exhibited up to 40% more efficient penetration into professional antigen-presenting cells (JAWS II) than HBcAg VLPs without CPP. This resulted in the increased presentation of integrated T cell epitopes by dendritic cells. In vivo, we detected significantly increased induction of SV40 Large T antigen-specific CTL in mice immunized with CPP-conjugated VLPs compared to unconjugated VLPs.
In this study, we demonstrated that a stronger cellular immune response can be induced by CPP-functionalized HBcAg VLPs than with the unmodified HBcAg VLPs in vitro as well as in vivo. This discovery may have positive implications for future vaccine development where an enhanced cellular component of the immune response is desirable.
As the animal-to-human interface becomes increasingly narrow, transmission events of zoonotic pathogens between animals and humans become more and more probable. While SARS-CoV-2 already accomplished a spillover infection to humans and is responsible for the current pandemic, the bat H9N2 IAV with so far unknown zoonotic potential was only recently discovered. In order to identify I) the role and potential of a newly discovered, potentially pre-pandemic virus, such as the bat H9N2, or II) possible future prevailing virus mutant variants of an already known pandemic virus, such as SARS-CoV-2, it is important to characterize these emerging viruses in vivo as soon and as good as possible.
The first objective in this dissertation (Publications I and II) therefore deals with the characterization of bat H9N2 and the estimation of its zoonotic or even pandemic potential.
In Publication I, a general susceptibility of directly inoculated Egyptian fruit bats to bat H9N2 was confirmed by successful seroconversion, although exhibiting only moderate viral shedding. All three contact animals remained seronegative, though one contact bat showed slight lesions in the histopathological analysis.
Publication II further addressed the question of the zoonotic potential of this virus. Inoculation of day-old turkey hatchlings demonstrated moderate susceptibility to bat H9N2 infection with a measurable seroconversion, while day-old chicken hatchlings were not susceptible to bat H9N2. Ferrets proved to be highly susceptible to bat H9N2 with high viral shedding, a transmission efficiency rate of 100% to direct contact animals at 2 days post contact, but with only minimal clinical signs. Importantly, the virus demonstrated the ability to evade the MxA-restriction factor and to replicate efficiently in human lung tissue explants. Furthermore, seasonal IAV- and standard IAV-vaccines showed no cross reactivity against the bat-N2 protein in humans. Therefore, further research on such viruses is urgently needed in order to prevent a renewed pandemic situation in the future as caused by SARS-CoV-2.
The second objective in this dissertation dealt with the identification and characterization of emerging SARS-CoV-2 Variants of Concern (VOCs).
Therefore, in Publication III, competitive infection experiments were performed using the Syrian golden hamster, the ferret, and transgenic mouse models (K18-hACE2 and hACE2-KI). These studies revealed replicative and transmissive predominance of Alpha VOC over Beta VOC, but not over SARS-CoV-2 WT in the hamster model, although Beta VOC substantially replicated in the lungs of donor animals. In contrast, the Alpha VOC had an unambiguous replication and transmission advantage over WT SARS-CoV-2 in the ferret and both mouse models. A recombinant SARS-CoV-2 WT-SAlpha virus helped to assign the fitness advantage of this variant particularly to the spike protein-associated mutations.
In Publication IV, in vitro results inferred an early replicative fitness advantage of Omicron BA.1 over Delta VOC, although the opposite was observed in competitively inoculated hamsters, ferrets and naive hACE2-KI mice. In addition, Publication IV demonstrated a disadvantage in transmission for the VOC Omicron BA.1 over the Delta VOC and a lack of susceptibility of ferrets after a single infection with the VOC Omicron BA.1. An mRNA vaccination of K18-hACE2 mice caused a drastic reduction of infectious virus particles in organ material following an infection with a recombinant SARS-CoV-2 WT-SDelta, but not when challenged with the SARS-CoV-2 SOmicron BA.1 clone.
This dissertation includes numerous, comprehensive experimental studies that are generally important for the characterization of emerging, potentially pre-pandemic viruses and may provide crucial information about the future dominance of certain virus variants in an ongoing pandemic. Here, the need for the use of a variety of animal models becomes apparent. By characterizing and classifying potentially zoonotic strains, these methods will help to better prepare for potentially upcoming pandemics and, in the case of a zoonotic or even pandemic event, to better detect and understand the circulating strains and their evolution.
In zwei populationsbasierten randomisierten Studien wurde untersucht, ob telefonische Beratung ein geeignetes Mittel zur Steigerung der Teilnahmequote am Mammographie-Screening-Programm ist. Es wurden die Gründe für eine Nichtteilnahme am Mammographiescreening von Nichtteilnehmerinnen quantitativ erfasst und bestimmt, inwiefern sich diese Gründe durch eine barriere-spezifische Beratung beeinflussen lassen.
Es konnte gezeigt werden, dass die telefonische Beratung ein geeignetes Mittel darstellt, die Teilnahmequote am Mammographie-Screening zu verbessern. Es existieren, außer individuellen Gründen, auch häufige spezifizierbare Gründe die von Nichtteilnehmerinnen genannt werden. Unter diesen ist die Teilnahme am sogenannten „grauen Screening“ der häufigste, der Frauen von einer Teilnahme am Programm abhält. Frauen, die angaben, die Einladung nicht erhalten zu haben oder den in der Einladung angegebenen Termin als unpassend ansahen, konnten am meisten von der telefonischen Beratung profitieren. Die Kenntnis dieser Gründe könnte in Zukunft helfen, im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit spezifische Vorbehalte zu adressieren und im Rahmen des Einladungsverfahrens eine bessere Akzeptanz der Screeninguntersuchung erzeugen. Eine weitere Möglichkeit, die Teilnahmequote zu steigern ist die Reduktion des grauen Screenings, wobei eine individuelle telefonische Beratung hierzu nicht geeignet ist.
Die Forschung mit kaltem Atmosphärendruckplasma (CAP) eröffnet neue medizinische Behandlungsmöglichkeiten im Bereich der Tumorbehandlung, eine verbesserte Wundbehandlung und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im dentalen Bereich. Trotz eines zunehmenden Erkenntnisgewinns im Bereich der Plasmaforschung gibt es nach wie vor viele ungeklärte Fragen im Bereich der Anwendungssicherheit von kaltem Atmosphärendruckplasma. Da der kINPen® MED im intraoralen Bereich an Patient(inn)en Anwendung findet, ist es notwendig, Untersuchungen in Bezug auf mögliche Interaktionen zwischen den dentalen Restaurationsmaterialen und kaltem Atmosphärendruckplasma durchzuführen, um die Patientensicherheit während der Behandlungen mittels in vitro und in vivo Studien weiter auszubauen. Studien zur Untersuchung dieser Interaktionen fehlen bisher in der Literatur.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Einfluss von kaltem Atmosphärendruckplasma auf die Oberflächeneigenschaften von drei verschiedenen dentalen Kompositen zu untersuchen. Die dentalen Komposite Arabesk Flow, Arabesk Top und GrandioSO (VOCO GmbH, Cuxhaven, Deutschland) unterscheiden sich in Bezug auf ihren Füllerkörpergehalt (niedrig-, mittel-, hochgefüllt) voneinander. Die Plasmabehandlung erfolgte mittels des kINPen® (neoplas tools GmbH, Greifswald, Deutschland) über einen Untersuchungszeitraum von 19 Tagen zu sechs Zeitpunkten (0., 3., 5., 15., 17. und 19. Tag). Gruppe I diente als Kontrollgruppe und wurde nicht mit Plasma behandelt. Gruppe II wurde 30 Sekunden stationär und Gruppe III 60 Sekunden mäanderförmig mit kaltem Plasma behandelt. Im Rahmen der materialografischen Untersuchungen wurden insgesamt 2160 Profilometermessungen, 240 Raster-Kraft-Mikroskopie (AFM)-Messungen, 117 Photoelektronenspektroskopie(XPS)-Messungen und 27 Wasserkontaktwinkelmessungen durchgeführt.
Die statistische Analyse wurde für die einzelnen Gruppen der Profilometermessung durchgeführt. Aufgrund der schiefen Verteilung der Ergebnisse wurden nicht-parametrische Tests wie der Kruskal-Wallis- und der Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test angewendet.
Im Ergebnis konnten in der Wasserkontaktwinkelmessung und der Photoelektronenspektroskopie Veränderungen der Probenoberfläche nach der 30 s stationären und der 60 s mäanderförmigen Plasmabehandlungsvarianten aufgezeigt werden. Nach der Plasmabehandlung zeigte sich in den XPS-Messungen mit der Häufigkeit der Behandlungen eine Abnahme der Kohlenstoffanteile und gleichzeitig steigende Sauerstoff- und Füllkörperanteile wie Silizium an der Probenoberfläche. Der vermehrte Einbau von Sauerstoffverbindungen nach den erfolgten Plasmabehandlungen resultierte im Rahmen der Kontaktwinkelmessungen in einer Entwicklung zu hydrophileren Oberflächen. Das Absinken der Kohlenstoffverbindungen und der Anstieg von Elementen der Füllkörper lässt ein Abtragen der Matrix zwischen den Füllkörpern der dentalen Komposite vermuten. Im Rahmen der AFM- und Profilometermessungen konnte keine eindeutige Veränderung der Oberflächenrauheit nach einer Plasmabehandlung festgestellt werden. Die in dieser Studie aufgezeigten Ergebnisse tragen zu einem ersten Erkenntnisgewinn im Themenbereich des plasmaassoziierten Risikopotentials in Bezug auf dentale Komposite bei. Es sind weiterführende Untersuchungen in diesem Zusammenhang nötig, um die aufgezeigten Ergebnisse dieser Studie in Bezug auf die intraorale Anwendungssicherheit der Plasmabehandlung für die Patient(inn)en weiter auszubauen.
The association between thyroid function biomarkers and attention deficit hyperactivity disorder
(2023)
The relation between thyroid function biomarkers and attention deficit hyperactivity disorder
(ADHD) in children and adolescents is currently unclear. Cross-sectional data from the German Health
Interview and Examination Survey for Children and Adolescents (KiGGS Baseline) was analyzed
to assess the association between thyroid function biomarkers and ADHD in a population-based,
nationally representative sample. The study cohort included 11,588 children and adolescents with
572 and 559 having an ADHD diagnosis or symptoms, respectively. ADHD symptoms were assessed
through the Inattention/Hyperactivity subscale of the Strength and Difficulties Questionnaire. ADHD
diagnosis was determined by a physician or psychologist. Serum thyroid stimulating hormone (TSH),
free triiodothyronine (fT3), and free thyroxine (fT4) concentrations were determined enzymatically.
Adjusted regression models were used to relate serum TSH, fT3, and fT4 with risk for ADHD diagnosis
or symptoms. In children, a 1 mIU/l higher TSH was related to a 10% lower risk (odds ratio [OR] 0.90;
95% confidence interval [CI] 0.81–1.00) of ADHD diagnosis. We found a significant positive association
between fT3 and continuously assessed ADHD symptoms in children (β 0.08; 95% CI 0.03–0.14).
Our results suggest that physical maturity may influence the association between thyroid function
biomarkers and risk for ADHD.
In der vorliegenden Arbeit wurden neben dem Herzinsuffizienzmarker NT-proBNP die TLR4 Korezeptoren CD14 und LBP sowie die TLR4 Aktivatoren HMGB1 und LPS, hinsichtlich ihrer Assoziation mit dem Sterblichkeitsrisiko in DCM Patienten untersucht. Dabei konnte erstmals gezeigt dass, HMGB1 mit einer gesteigerten Sterblichkeit bei DCM Patienten assoziiert ist.
Aufgrund methodischer Einschränkungen, die mit der geringen Stichprobengröße und der Tatsache zusammenhängen, dass nur die Gesamtmortalität als Ergebnis ausgewertet werden konnte, war die Entwicklung eines umfassenden Vorhersagemodells als potenzieller klinischer Score unter Einbeziehung von HMGB1 bei DCM-Patienten nicht möglich.
Ein kausaler Zusammenhang zwischen erhöhten HMGB1-Spiegeln und TLR4-Aktivierung wurde nicht direkt untersucht. Auf der Grundlage der vorliegenden Daten und in Anbetracht der Tatsache, dass die angeborene Immunität eine Rolle bei der Pathogenese der Herzinsuffizienz spielt, ist es denkbar, dass HMGB1 auch eine Rolle bei der Pathogenese der DCM spielt.
Um zu untersuchen, ob die Quantifizierung von HMGB1 die Risikostratifizierung von DCM-Patienten im Hinblick auf die Vorhersage des Krankheitsverlaufs und verfeinerter Endpunkte wie HF-Hospitalisierung oder kardiovaskuläre Mortalität verbessert, sind weitere prospektive Studien mit größeren DCM-Kohorten erforderlich.
In dieser Arbeit sollte untersucht werden welche Probleme aus der ersten ärztlichen Leichenschau bei der zweiten Leichenschau vor Feuerbestattung im Zeitraum vom 01.01.2018-31.12.2021 im Versorgungsgebiet des Institutes für Rechtsmedizin der Universitätsmedizin Greifswald auffielen und zum Anhalten des Leichnams führten. Für den gleichen Zeitraum wurde zusätzlich im Rahmen der amtsärztlichen Kontrolle die Fehler der Todesbescheinigungen des Landkreises Vorpommern-Greifswald ausgewertet. Außerdem wurde die Einflussmöglichkeit durch Fortbildungen auf die Qualität der ärztlichen Leichenschau betrachtet.
Einleitend wurde die obligatorische ärztliche Leichenschau und die Vielfältigkeit der Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung und -sicherung in den unterschiedlichen Bundesländern betrachtet. Des Weiteren wurde das zeitaufwendige Verfahren des Institutes für Rechtsmedizin der Universitätsmedizin Greifswald geschildert mit dem versucht wurde durch kleine, individuelle Schulungen und Fortbildungen die leichenschauenden Ärzte auf Fehler hinzuweisen und so die Qualität der ärztlichen Leichenschau zu verbessern.
Es wurden daher die Angaben des Blatt 3 des Vertraulichen Teiles der Todesbescheinigung in M-V der 36.419 Sterbefälle, die in den Krematorien Greifswald und Neubrandenburg kremiert wurden und auch die Ergebnisse der zweiten Leichenschauen vor Feuerbestattung, retrospektiv untersucht. Die Fehler und Auffälligkeiten wurden in vordefinierte Kategorien erfasst und den verschiedenen Arztkategorien zugeordnet. Bei der amtsärztlichen Kontrolle der Todesbescheinigungen wurden die dokumentierten Fehler der 15.449 Sterbefälle des Landkreises Vorpommern-Greifswald retrospektiv untersucht. Hierbei wurden die Fehler in vordefinierte Kategorien erfasst und den verschiedenen Arztkategorien zugeordnet. Es wurden die Fortbildungsmaßnahmen erfasst die durch die Ärzte des Institutes für Rechtsmedizin der Universitätsmedizin Greifswald in den Jahren 2018-2021 zum Thema „Ärztliche Leichenschau“ durchgeführt wurden. Außerdem wurden im Zeitraum von 2019-2021 die dokumentierten Anrufe von leichen-schauenden Ärzten auf dem Diensttelefon der Rechtsmedizin mit Nachfragen zur ärztlichen Leichen-schau dokumentiert und retrospektiv ausgewertet.
Festzustellen war, dass im untersuchten Zeitraum zunächst ein Rückgang der angehaltenen Fälle bei der zweiten Leichenschau vor Feuerbestattung zu verzeichnen war mit einem erneuten Anstieg 2021 sogar über das Ausgangsniveau hinaus. Nummerisch wurden die meisten Fehler durch im Krankenhaus tätige Ärzte gemacht. In den einzelnen Fehlerkategorien konnte kein eindeutiger rückläufiger Trend fest-gestellt werden, bzw. zumeist zeigte sich ein erneuter Anstieg der Zahlen im Jahr 2021. Bei den Versuchen die angehaltenen Fälle telefonisch zu klären, konnten 40 % der Fälle nach einem Telefonanruf direkt wieder durch die Rechtsmedizin freigegeben werden. Bei den gerichtlich angeordneten Sektionen zeigte sich prozentual eine deutliche Zunahme im Vergleich zu den bei der Polizei angezeigten Fällen. Die meisten Fälle (55 %), die einer gerichtlichen Obduktion zugeführt wurden, waren bei der zweiten Leichenschau vor Feuerbestattung wegen Petechien angehalten worden. Bei den amtsärztlich kontrollierten Todesbescheinigungen des Landkreises Vorpommern-Greifswald lagen die Fehlerquoten zwischen 8,31 % und 12,72 %. Dabei entfielen auf die Kategorien der formalen Fehler bis zu 60 % der zu beanstandenden Todesbescheinigungen, wobei hier zumeist „Kodierung fehlend“ (44 %) und „Sterbezeitpunkt fehlend“
(33 %) auffielen. In der Kategorie der Diagnosefehler entfielen 33 % der fehlerhaften Todesbescheinigungen auf „keine kausale Verknüpfung“. In der Kategorie „Sterbezeitpunkt fehlend“ war über den unter-suchten Zeitraum ein statistisch signifikanter Rückgang zu verzeichnen. Bei den Diagnosefehlern waren statistisch signifikante Rückgänge in den Kategorien „keine Diagnose angegeben“ und „nur Endzustand angegeben“ feststellbar. Die Anzahl der telefonischen Nachfragen von Ärzten zur Leichenschau auf dem Diensttelefon stieg im untersuchten Zeitraum stetig an. Ein deutlicher Rückgang war im Bereich der Fortbildungstätigkeiten zum Thema „Ärztliche Leichenschau“ zu verzeichnen, da durch die SARS-CoV-2-Pandemie die Fortbildungen abgesagt werden mussten.
Die Qualität der ärztlichen Leichenschau war vergleichbar mit anderen Studien. Ganz entscheidend für die Qualität scheint neben der studentischen Lehre, wiederkehrende Fortbildungsmaßnahmen zu sein. Dies deckt sich mit dem deutlichen Rückgang der Schulungsmaßnahmen im Jahr 2020 und 2021 und dem deutlichen Anstieg an angehaltenen Fälle in den Krematorien im Jahr 2021 und der Zunahme der fehlerhaften Todesbescheinigungen. Es sollte über verpflichtende Schulungen zum Thema „Ärztlichen Leichenschau“ und die Vorstellung des bundeslandspezifischen BestattGes und der Todesbescheinigung bei Aufnahme der ärztlichen Tätigkeit in einem anderen Bundesland nachgedacht werden.
In M-V wäre zudem eine Anpassung der Todesbescheinigungen, bezüglich der Möglichkeit eine natürliche Todesart zu deklarieren hilfreich, die Möglichkeit eine Todesbescheinigung als „vorläufig“ zu markieren sollte geschaffen werden.
Gerade auch bei den Todesbescheinigungen scheint es trotz vorgegebener Kriterien, gerade bei den Diagnosefehlern, einen größeren Ermessensspielraum zu geben, so dass einzelnen Studienergebnisse nicht unmittelbar miteinander vergleichbar scheinen. Trotz des hohen zeitlichen Aufwandes der telefonischen Kontaktaufnahmen bei Anhaltungen im Krematorium und den schriftlichen Korrekturvorschlägen bei fehlerhaft ausgestellten Todesbescheinigungen ist unsererseits die enge Zusammenarbeit mit den klinischen Fachrichtungen wichtig und erfolgsversprechend.
Foraging behavior, neuroanatomy and neuroplasticity in cursorial and stationary hunting spiders
(2023)
The central nervous system (CNS) is the integration center for the coordination and regulation of
all body activities of animals and the source of behavioral patterns, behavioral plasticity and
personality. Understanding the anatomy and the potential for plastic changes of the CNS not only
widens the knowledge on the biology of the respective species, but also enables a more
fundamental understanding of behavioral and ecological patterns. The CNS of species with
different sensory ecologies for example, will show specific differences in the wiring of their CNS,
related to their lifestyle. Spiders are a group of mesopredators that include stationary hunting
species that build webs for prey capture, and cursorial hunting species that do not build capture
webs. These distinct lifestyles are associated with major differences in their sensory equipment,
such as size of the different eyes.
In this thesis, I aimed to answer if a cursorial mesopredator would change its behavior due to
different levels of perceived predation risk, and if this behavior would be influenced by individual
differences (chapter 1); how the visual pathways in the brain of the cursorial hunting jumping
spider Marpissa muscosa differs from that of the nocturnal cursorial hunting wandering spider
Cupiennius salei (chapter 2); to what degree the visual systems of stationary and cursorial hunting
spiders differ and whether CNS areas that process vibratory information show similar differences
(chapter 3); and finally if the CNS in stationary and cursorial hunting spiders shows different
patterns of neuroplasticity in response to sensory input and deprivation during development
(chapter 4).
In chapter 1, I found that jumping spiders adjust their foraging behavior to the perceived level of
risk. By favoring a dark over a light substrate, they displayed a background-matching strategy.
Short pulses of acute risk, produced by simulated bird overflights, had only small effects on the
behavior. Instead, a large degree of variation in behavior was due to among-individual differences
in foraging intensity. These covaried with consistent among-individual differences in activity,
forming a behavioral syndrome. Our findings highlight the importance of consistent amongindividual
differences in the behavior of animals that forage under risk. Future studies should
address the mechanisms underlying these stable differences, as well as potential fitness
consequences that may influence food-web dynamics.
In chapter 2, I found that the visual pathways in the brain of the jumping spider M. muscosa differ
from that in the wandering spider C. salei. While the pathway of the principal eyes, which are
responsible for object discrimination, is the same in both species, considerable differences occur
in the pathway of the secondary eyes, which detect movement. Notably, M. muscosa possesses
an additional second-order visual neuropil, which is integrating information from two different
secondary eyes, and may enable faster movement decisions. I also showed that the tiny posterior
median eye is connected to a first-order visual neuropil which in turn connects to the arcuate body
(a higher-order neuropil), and is thus not vestigial as suggested before. Subsequent studies should
focus on exploring the function of the posterior median eyes in different jumping spider species,
Foraging behavior, neuroanatomy, and neuroplasticity in cursorial and stationary hunting spiders
as they show considerable inter-specific size differences that may be correlated with a differing
connectivity in the brain.
In chapter 3, I described all neuropils and major tracts in the CNS of two stationary (Argiope
bruennichi and Parasteatoda tepidariorum) and two cursorial hunting spiders (Pardosa amentata
and M. muscosa). I found major differences in the visual systems of the secondary eyes between
cursorial and stationary hunting spiders, but also within the groups. A. bruennichi has specialized
retinula cells in two of the secondary eyes, which connect to different higher-order neuropils. P.
tepidariorum has only a single visual neuropil connected to all secondary eyes, and lacks
recognizable mushroom bodies. The neuroanatomy of CNS areas that process mechanosensory
information on the other hand, is remarkably similar between cursorial and stationary hunting
species. This suggests that the same major circuits are used for the processing of mechanosensory
information in both cursorial and stationary hunting spiders. Future studies on functional aspects
of sensory processing in spiders can build on the findings of our study.
In chapter 4, I found that developmental neuroplasticity in response to sensory input differs
between a cursorial (M. muscosa) and a stationary hunting spider (P. tepidariorum). While
deprivation of sensory input leads to a volume increase in several visual and mechanosensory
neuropils M. muscosa, neither sensory deprivation nor sensory enrichment had an effect on the
volume of neuropils in P. tepidariorum. However, exposure to mechanical cues during
development had an effect on the allometric scaling slope of the leg neuropils in both M. muscosa
and P. tepidariorum. Future studies should focus on the genetic and cellular basis of
developmental neuroplasticity in response to sensory input in order to explain the observed
patterns.
Trotz allen wissenschaftlichen Fortschritts und verbesserter Therapien bleibt das Pankreaskarzinom
eine äußerst schwerwiegende Erkrankung und ist gekennzeichnet durch eine späte Diagnosestellung,
eine - sofern noch möglich - anspruchsvolle und risikoreiche Operation zur Resektion und eine trotz
aller Bemühungen niedrige Überlebensrate.
Die körpereigene Tumorabwehr umfasst eine Vielzahl an ineinandergreifenden immunologischen
Prozessen und unterliegt der Beeinflussung durch zahlreiche Faktoren. Gerade für den Verlauf nach
einer ausgedehnten Operation ist ein intaktes Immunsystem von ganz besonderer Bedeutung.
So ist es unabdingbar, die Kenntnisse über den Einfluss einer operativ ausgelösten Immundysfunktion
auf den Verlauf des Pankreaskarzinoms zu erweitern und die Mechanismen dezidiert zu untersuchen.
Die Kombination beider Mausmodelle stellt dafür eine ausgezeichnete Möglichkeit dar.
Die Kombination von Tumor und SID löst eine starke Aktivierung des Immunsystems aus. In Blut und
Milz konnte eine ausgeprägte Verschiebung der zellulären Zusammensetzung zugunsten der
Neutrophilen Granulozyten und der Monozyten beobachtet werden. T-Helfer- und Zytotoxische TZellen
zeigten eine verstärkte Aktivierung. Sowohl pro- (z.B. IL-6, IL-1β, TNF) als auch
antiinflammatorische (z.B. IL-10) Zytokine waren im Serum bzw. im Splenozytenüberstand in
erhöhter Konzentration messbar. Dies unterstreicht die Vermutung, dass die Kombination beider
Stressoren (Tumor + SID) zu einer verstärkten und möglicherweise prolongierten sowie
dysregulierten Aktivierung des Immunsystems führt. Wesentliche Ergebnisse dieses Teils der Arbeit
wurden im August 2022 im Cancers (Basel) veröffentlicht.
Zusätzlich konnte durch die Bestimmung verschiedenster Metabolite gezeigt werden, dass die
Kombination von Tumor und SID einen katabolen Stoffwechsel hervorruft. Viele Metabolite, wie
Spermin, Spermidin oder Carnosin, die das Tumorwachstum beeinflussende Eigenschaften
aufweisen, zeigten sich durch die Kombination der beiden Stressoren signifikant verändert. Nicht
zuletzt wurde der Einfluss von Tumor und SID sogar auf den Stoffwechsel von
Plasmamembranbestandteilen sichtbar.
Die Kombination dieser beiden Modelle bietet viel Potential für wichtige Erkenntnisse in Bezug auf
den Einfluss der postoperativen Immundysfunktion auf den Verlauf des Pankreaskarzinoms und kann
einen bedeutenden Beitrag zum Verständnis der immunologischen wie metabolischen Mechanismen
leisten. Nur so besteht die Möglichkeit, in Zukunft vielversprechende Therapieansätze entwickeln zu
können.
Die vorliegende Studie befasst sich mit der Lage und der Ausrichtung des Foramen rotundum beim Menschen und nicht-menschlichen Primaten. Letztere umfasste sowohl Strepsirrhini als auch Platyrrhini und Catarrhini. Die Untersuchungen basieren auf insgesamt 94 computertomographischen Datensätzen von Schädeln unterschiedlicher Gattungen von Primaten, einschließlich menschlicher Schädel beiden Geschlechts. Mit Hilfe der Software RadiAnt DICOM Viewer (v4.6.9 ©) wurden zunächst geeignete Grund- und Messebenen definiert. Dabei galt es zu berücksichtigen, dass es sich beim Foramen rotundum nicht um eine einfache Öffnung der Schädelbasis handelt, sondern um einen Knochenkanal mit einer bestimmten Ausrichtung. Basierend auf diesen vorab definierten Grund- und Messebenen wurden verschiedene Strecken-, Winkel- als auch Flächenmessungen vorgenommen, um die Lage sowie den Verlauf des Foramen rotundum zu bestimmen. Weiterhin wurde die anatomische Lage des Foramen rotundum zu umliegenden Strukturen untersucht. Speziell erstellte Indizes erlaubten einen artenübergreifenden Vergleich der Maße des Foramen rotundum. Die vielfältigen statischen Beziehungen zwischen den Maßen des Foramen rotundum und des Gesichtsschädels wurden zunächst mit Hilfe einer Korrelationsanalyse untersucht. Basierend auf diesen Ergebnissen erfolgten für ausgewählte signifikante Korrelationen weitere Untersuchungen mit Hilfe einer einfachen linearen Regression.
Das Foramen rotundum zeigte sich als rundlicher bis ovaler, geschlossener Knochenkanal. Lediglich innerhalb der Loriformes wies der knöcherne Kanal eine partielle Öffnung innerhalb der Fissura orbitalis superior auf. In Bezug zu den vorab definierten Grundebenen läuft das Foramen rotundum beim Menschen, ausgehend von seiner Öffnung in der Fossa cranii media, nach kranio-lateral. Es befindet sich beim Menschen vorranging lateral des Sinus sphenoidalis sowie kaudal der Fissura orbitals superior und kranio-lateral des Canalis pterygoideus. Eine ähnliche räumliche Beziehung zu umliegenden Strukturen zeigte das Foramen rotundum auch bei Orang-Utan und Cepus apella. Auch bei Schimpansen und Gorillas stellten sich dem Menschen sehr ähnliche anatomische Beziehungen des Foramen rotundum dar. Im Gegensatz zur Situation beim Menschen ist das Foramen rotundum der afrikanischen Menschenaffen jedoch am oberen Rand des Sinus sphenoidalis lokalisiert und wird von diesem an drei Seiten umgeben. Bei Gibbons und Mantelaffen befand sich das Foramen rotundum stets medial vom Canalis pterygoideus.
Die durchschnittliche Fläche des Foramen rotundum beim Menschen beträgt ca. 7,76 mm². In Bezug zum Gesichtsschädelvolumen hat das Foramen rotundum des Menschen die zweitgrößte Fläche aller untersuchten Primaten. Als einziger Primat war die Fläche des Foramen rotundum der Loriformes in Bezug zu dessen Gesichtsschädelvolumen etwa 17-fach größer als beim Menschen. Im artenübergreifenden Vergleich zeigten die Gorillas die kleinste Flächen-Gesichtsschädel-Relation des Foramen rotundum. Diese war ca. 33-fach kleiner gegenüber dem Menschen. In Bezug zur Schädelbasislänge sind die Kanallängen des Foramen rotundum beim Menschen, Orang-Utan, Mantelaffen sowie den Lemuriformes in etwa gleich lang. Mit einem in Bezug zur Schädelbasislänge etwa 3,5-fach längeren Foramen rotundum, als es der Mensch besitzt, wiesen die gehaupten Kapuziner zugleich das längste Foramen rotundum der untersuchten Primaten auf. Die Gorillas, Brüllaffen und Schimpansen ordneten sich bezüglich der Kanallänge in absteigender Reihenfolge zwischen den Cebus apella und den Menschen ein. Ein im Vergleich zum Menschen relativ kürzeres Foramen rotundum fand sich bei den Gibbons sowie den Loriformes.
Im Ergebnis der Korrelationsanalyse konnten signifikante Zusammenhänge zwischen dem Foramen rotundum und den Schädelmaßen Gesichtsschädelvolumen, Gesichtsschädellänge sowie Schädelbasislänge bei Mantel- und Brüllaffen sowie den Loriformes beobachtet werden. Beim Menschen korreliert die Länge des Foramen rotundum signifikant mit dem Gesichtsschädelvolumen, der Obergesichtshöhe sowie der Mittelgesichtsbreite. Darüber hinaus korreliert die Fläche des Foramen rotundum signifikant mit der Gaumenlänge.
Diese Studie ermöglicht einen detaillierten Vergleich zwischen der Morphologie des Foramen rotundum des Menschen und nicht-menschlichen Primaten. Die im Rahmen dieser Arbeit erhobenen biometrischen Daten sowie anatomischen Einordnungen können als Grundlage zur weiteren Erforschung der menschlichen, aber auch nicht-menschliche Strukturen der Schädelbasis sowie evolutionärer Anpassungsprozesse dienen. Die herausgearbeiteten Erkenntnisse über die Topographie des Foramen rotundum können sowohl für die Grundlagenforschung, als auch für verschiedene klinische Fachgebiete wie Neurochirurgie, Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Mund-Kiefer-Gesichts-Chirurgie, Radiologie und Forensische Medizin von Interesse sein.
Mit dieser Arbeit sollten die Auswirkungen von kommensalen Bakterien auf die frühe
Schwangerschaft untersucht werden. In der Plazenta wird ein physiologisches
Mikrobiom beschrieben, zu welchem auch das gram-negative anaerobe Bakterium
Fusobacterium nucleatum gehört. Getestet wurde mit in vitro Experimenten ob eine
niedrige Bakterienkonzentration F. nucleatum toleriert wird, ohne eine schädliche
Immunantwort auszulösen oder den Trophoblasten in seiner Funktion einzuschränken.
Als Modell wurden die virustransfizierte Trophoblastzelllinie HTR8/SVneo sowie die
Chorionkarzinomzelllinien JEG-3 und BeWo genutzt, die mit F. nucleatum und E. coli
behandelt wurden. Die Bakterien wurden inaktiviert um nicht-infektiöse Bedingungen zu
imitieren. Invasion assay, scratch assay, cell viability assay, apoptosis detection, cell
cycle analysis, ELISA, in-cell western assay, multiplex assay und Immunfluoreszenz
wurden genutzt.
Die Invasivität von HTR8/SVneo konnte durch Stimulation mit geringen Mengen F.
nucleatum gesteigert werden. Die Migration von HTR8/SVneo und BeWo wurde durch
kleine Mengen F. nucleatum nicht beeinträchtigt. Eine hohe Konzentration reduzierte die
Migration von HTR8/SVneo, nicht jedoch von BeWo. Hohe Konzentrationen F.
nucleatum reduzierten die Viabilität in HTR8/SVneo, BeWo und JEG-3. Sie erhöhten
auch die Apoptoserate in HTR8/SVneo und BeWo. F. nucleatum induzierte in
HTR8/SVneo die Sekretion invasionsfördernder Faktoren. In BeWo dagegen sank die
Produktion durch F. nucleatum-Stimulation. BeWo und JEG-3 exprimieren E-Cadherin
sehr viel stärker als HTR8/SVneo.
Aus den Experimenten ergibt sich, dass eine niedrige Konzentration von Bakterien oder
bakteriellen Bestandteilen in der fetomaternalen Einheit vorhanden sein könnte, ohne
eine schädliche Immunantwort auszulösen. Sie könnten die Funktion des Trophoblasten
sogar positiv beeinflussen indem pro-inflammatorische Zytokine induziert werden und
die Invasivität positiv beeinflusst wird.
Autoclaved aerated concrete (AAC) is a building material that combines heat insulation
properties with sufficient mechanical strength for masonry construction. Compared to
ordinary concrete, the matrix is highly porous (>50%) and hardened by a hydrothermal curing
process at 150°C - 200°C. During this process, quartz sand and portlandite react to form first
calcium silicate hydrates (C-(A)-S-H) with Ca/Si ratios <1.3 and then tobermorite. Especially
tobermorite, which has a much larger crystallite size than C-(A)-S-H, provides improved
mechanical strength. This reaction sequence is influenced by many parameters and
additives of which calcium sulfate is probably the most important. Despite several attempts to
investigate these hydrothermal reactions, the actual reaction mechanism involved when
adding sulfate ions is not fully understood. It has been suggested that the addition of ca.
1.5 wt% significantly improves the mechanical properties due to the enhanced formation and
arrangement of tobermorite in the porous matrix. Since the sulfate content in AAC waste is
exceeding regulatory threshold for low-quality reuse in some countries, the aim of this study
was to investigate in detail the reaction mechanisms involving sulfate addition. Such
knowledge may open up the possibility to improve AAC production and to avoid the need for
sulfate addition. To achieve this goal, this research work focused on investigating the
hydrothermal curing process to determine the sequence of hydrothermal reactions and the
spatial distribution of the phases formed. For this purpose, a new setup for in situ X-ray
diffraction was specifically designed to study hydrothermal reactions and to conduct time
intensive experiments on a normal laboratory diffractometer. In order to quantitatively
evaluate the in situ measurements by Rietveld analysis using TOPAS, it was also necessary
to develop atomistic structure models for C-(A)-S-H phases. This was made possible by
adopting a supercell approach that was previously used to describe turbostratically stacked
clay minerals. The structure models, derived from tobermorite, are placed in an otherwise
empty supercell to simulate the C-(A)-S-H nanostructure. Adopting these methodological
advances, it was possible to obtain absolute phase quantities from in situ data and to track
the reaction kinetics of the hydrothermal curing process. These results were then combined
with ex situ X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Confirming previous studies,
the major effect of sulfate ions was the formation and decomposition of hydroxylellestadite. It
was further revealed that C-(A)-S-H formation was delayed during hydroxylellestadite
formation, which is supposed to support the silicate ion diffusion and hence the tobermorite
formation at a stage critical for improved hardening of AAC. This can be linked to the
formation of lower amounts of capillary pores in the range of 1-5 µm, as observed by
scanning electron microscopy, and therefore a lower concentration of inherent defects that
resulted in the improved mechanical properties. This research work highlights how important the spatial distribution of crystallites is for the properties of a building material and how this
distribution can be influenced by small alterations in reaction chemistry.
Seit Einführung der multimodalen Chemotherapie vor über 30 Jahren liegt die 5- Jahres-Überlebensrate des Osteosarkoms (OS) unverändert bei ca. 70 %. Als potentielle neue Therapieoption ruft kaltes atmosphärisches Plasma (cold atmospheric plasma, CAP) in vitro antiproliferative Effekte in OS-Zellen hervor. Die zugrundeliegenden zellulären und molekularen Mechanismen wurden unter der Hypothese einer Induktion von Apoptose infolge CAP Behandlung untersucht. Effekte von CAP wurden anhand von zwei CAP-Quellen (kINPen MED und MiniJet-R) an zwei OS-Zelllinien (U2OS und MNNG/HOS) überprüft. Hinsichtlich früher apoptotischer Prozesse auf zellulärer Ebene erfolgte die Aktivitätsbestimmung der Effektorcaspasen 3 und 7 im Caspase-Assay. Spät in der apoptotischen Kaskade auftretende molekulare Prozesse wurden durch zwei unabhängige Nachweisverfahren von DNA-Strangbrüchen untersucht – Komet-Assay und TUNEL-Assay.
CAP Behandlungen mit dem kINPen MED führten zu signifikanter Hemmung der Zellproliferation zwischen 24 h und 120 h. Die Effektorcaspasen 3 und 7 zeigten infolge CAP Behandlung nach 24 h und 48 h erhöhte Aktivitätsniveaus. Im Komet- Assay wurden 24 h nach CAP Behandlung in U2OS-Zellen signifikant mehr DNA- Strangbrüche detektiert als in Kontrollansätzen. Der TUNEL-Assay ergab in beiden OS-Zelllinien nach 24 h und 48 h signifikant mehr DNA-Strangbrüche infolge CAP Behandlung. Die Effekte von CAP des kINPen MED konnten durch den MiniJet-R, der erstmals hinsichtlich biologischer Effekte auf maligne Zellen charakterisiert wurde, bestätigt werden. Sowohl antiproliferative Effekte als auch die Prozesse der frühen und späten apoptotischen Kaskade traten signifikant häufiger infolge CAP Behandlung mit dem MiniJet-R auf. Schlussfolgernd gehen antiproliferative Effekte von CAP mit Induktion von Apoptose in OS-Zellen einher, unabhängig von der verwendeten CAP-Quelle.
Die in vitro gezeigte CAP Effekte sollten hinsichtlich der klinischen Anwendung in vivo bestätigt werden. Obgleich die OS-Therapie weiterhin Domäne der Chirurgie und Chemotherapie bleiben wird, bilden die dargestellten zellulären und molekularen Effekte eine aussichtsreiche Grundlage für einen erfolgreichen adjuvanten Einsatz von CAP am OS.
In der Kieferorthopädie können im Rahmen digitaler Workflows 3D-Modelle aus Intraoralscans zur Befunderhebung und Diagnostik wie insbesondere zur digitalen Modellanalyse verwendet werden. Während die Genauigkeit intraoraler Scanner ausreichend untersucht ist, stellt sich dar, dass die Studienlage zur Präzision fachspezifischer Diagnostikanwendungen intraoraler Scanner unzureichend ist. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Reliabilität kieferorthopädischer Modellanalysen, digitaler Intraoralscan-Befunde und die Reproduzierbarkeit des Farbanalysetools der CEREC Primescan AC im Vergleich zur spektrophotometrischen Zahnfarbmessung zu untersuchen.
Grundlage dieser in vivo-Studie waren Intraoralscans der Primescan (Software: CEREC Ortho SW), die unter definierten Ein- und Ausschlusskriterien von 35 freiwilligen Probanden (22 ♀, 13 ♂; Durchschnittsalter 27) durch zwei Untersucher angefertigt wurden. Im Rahmen einer Voruntersuchung wurden 20 in vitro- Ganzkieferreferenzscans eines Frasaco-Modellpaars durch Untersucher 1 erstellt. Weiterhin fertigten beide Untersucher Ganzkieferscans der Probanden unter Anwendung eines systematischen Scanpfades an. In OnyxCeph3TM 3D Lab erfolgte die Vermessung aller in vitro- und in vivo-Scans nach elf kieferorthopädischen Analyseverfahren. Außerdem nahmen beide Untersucher eine digitale zahnmedizinische und kieferorthopädische Befunderhebung der Intraoralscans aller Probanden vor. Darüber hinaus wurden Zahnfarbmessungen an Teilkieferscans der Probanden mittels des Farbanalysetools der CEREC Software der Primescan sowie mit dem Spektrophotometer VITA Easyshade V, unter Verwendung 3D-gedruckter Positionierungsschienen, durchgeführt. Alle Zahnfarben wurden mittels des VITA classical Referenzfarbsystems zweifach wiederholt, im mittleren Segment (S2) der Labialflächen von Zahn 13-23, bestimmt. Im Rahmen der statistischen Auswertung wurden für die kieferorthopädischen Modellanalysen der in vitro-Scans die Mittelwerte und Standardabweichungen berechnet. Die interindividuelle Übereinstimmung der kieferorthopädischen Modellanalyseergebnisse der in vivo- Scans beider Untersucher wurde durch die ICC, die der zahnmedizinischen und kieferorthopädischen Intraoralscan-Befundung mit Hilfe des Kappa-Index bestimmt. Die grafische Darstellung der Ergebnisse erfolgte anhand von Bland-Altman Plots. Für die intra- und interindividuelle Reproduzierbarkeit der Zahnfarbbestimmungen beider Methoden wurden alle Farbmessergebnisse in L* und C*ab-Werte umgerechnet und die Übereinstimmung bezüglich Delta E (ΔE) ermittelt. Darüber hinaus wurde die Reliabilität mit Hilfe von d(0M1) bestimmt, sodass der Standardmessfehler, die kleinste nachweisbare Farbdifferenz und die ICC erfasst sowie die Ergebnisse grafisch in Bland-Altman Plots dargestellt wurden.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen eine sehr gute Präzision für die digitalen kieferorthopädischen Modellanalysen. Die Messergebnisse der Frasaco- Modellanalysen lagen überwiegend innerhalb des in der Literatur vorgegebenen Referenzrahmens für Abweichungen von 0,5 mm. Auch für die interindividuelle Reliabilität der elf kieferorthopädischen Modellanalysen an den in vivo- Ganzkieferscans konnten sehr gute bis exzellente Übereinstimmungen aufgezeigt werden. Weiterhin erreichten alle auswertbaren digitalen zahnmedizinischen und kieferorthopädischen Intraoralscan-Befunde eine sehr gute Präzision. Bezüglich der Zahnfarbbestimmung repräsentieren die Ergebnisse des Intraoralscanners und des Spektrophotometers eine vergleichbare, sehr gute intra- sowie gute interindividuelle Reproduzierbarkeit.
Die vorliegende Studie zeigt, dass die digitale Diagnostik an Intraoralscans im Sinne digitaler kieferorthopädischer Modellanalysen sowie zahnmedizinischer und kieferorthopädischer Intraoralscan-Befunde in OnyxCeph präzise durchführbar ist. Mit der Primescan ließen sich in vivo Ergebnisse erzielen, welche mit den Ergebnissen anderer Studien vergleichbar oder ihnen überlegen sind. Auch Für die digitale Zahnfarbbestimmung mit Intraoralscans bestätigt die in der vorliegenden Untersuchung erzielte sehr gute Reproduzierbarkeit die Ergebnisse anderer Studien. Dennoch ist ein direkter Ergebnisvergleich mit der aktuellen Literatur insbesondere durch Unterschiede innerhalb der statistischen Methoden eingeschränkt. Um die Ergebnisse dieser Arbeit zu bestätigen, sind weitere Studien unter Berücksichtigung verschiedener klinischer Faktoren empfehlenswert.
Ziel: Klinische Erfolgsrate von Pulpektomie-Behandlungen bei Milchmolaren unter Verwendung von Calciumhydroxid/Iodoform-Paste über 4 Jahre in einer spezialisierten Kinderzahnarztpraxis und Betrachtung möglicher Einflussfaktoren wie der Einfluss der Behandlungsart (Vollnarkose, Lachgassedierung oder nur Lokalanästhesie) auf den Behandlungserfolg.
Material und Methoden: Die Behandlungsakten der Patienten, die eine Pulpektomie am Milchmolaren in der spezialisierten Abteilung für Kinderzahnheilkunde der Universitätszahnklinik Greifswald im Zeitraum xx -xx erhielten, wurden retrospektiv ausgewertet. Der Einfluss verschiedener patientenbezogener, zahnbezogenen und behandlungsbezogenen Faktoren wurde zu den verschiedenen Follow-Up-Zeitpunkten ermittelt. Zusätzlich wurden bivariate und multivariate Analysen durchgeführt.
Ergebnisse: Pulpektomien, die unter Vollnarkose durchgeführt wurden, hatten nach vier Jahren deutlich die höchste Erfolgsrate (78,6 %), gefolgt von Lachgassedierung (57,1 %) und Lokalanästhesie (43,8 %). Die Misserfolgsrate der pulpektomierten Milchmolaren im Oberkiefer war vier Jahre nach der Behandlung klinisch relevant und statistisch signifikant höher als im Unterkiefer (61,5 % vs. 29,2 %).
Schlussfolgerung: Der Zahnerhalt von Milchmolaren mittels Pulpektomie sollte bei den zahnärztlichen Behandlungsplänen von kleinen Kindern als Alternative zur frühzeitigen Zahnextraktion berücksichtigt werden. Die klinischen Erfolgswahrscheinlichkeiten sind auch viele Jahre nach der Pulpektomie insbesondere bei unteren Milchmolaren und Narkosesanierungen hoch.
This dissertation explores and tries to unravel the fundamental basis of G-quadruplex end-folding as well as G-quadruplex interactions with small molecules by thermodynamic and structural approaches. Selective targeting of G-quadruplexes with ligands remains elusive, either because the ligand has
considerable binding affinity for other DNA structures or because it fails to discriminate between different G-quadruplex topologies. Unique structural motifs on the G-quadruplex may enhance or inhibit ligand binding to the G-quadruplex. For such aspects, it is necessary to understand the effect of G-quadruplex motifs or elements on the end-folding in order to better tune certain G-quadruplex topologies as model systems. Importantly for targeting G-quadruplex with ligands, motifs called Quadruplex-duplex (QD) junctions and interfaces are shown to be a binding hotspot
for various G-quadruplex ligands containing an intercalator motif. Binding affinity and selectivity of the ligands are discussed with the support of the NMR structures.
Unsere Studie hat das Ziel mithilfe MRT-basierter manueller Segmentierungen der Milz und deren volumetrischen Daten einen Referenzbereich für die Milzgröße zu etablieren. Zudem wurden ausgewählte Parameter erfasst, die potenziell mit einem vergrößertem oder verkleinertem Milzvolumen assoziiert sein könnten. Auf Grundlage der populationsbasierten Kohortenstudie Study of Health in Pomerania (SHIP) wurden von 1106 Probanden volumetrische Daten in der diffusionsgewichteten Sequenz (b-Wert 50 s/mm2) der Milz generiert.
Der Referenzbereich der Milz reichte in einer milzgesunden Referenzpopulation (592 Probanden, 59,46 % Frauen, 40,54 % Männer) von 82,4 ml bis 346,3 ml (Frauen 79,8 ml - 306,3 ml, Männer 111,6 ml - 363,7 ml). In der Gesamtpopulation wiesen 92,4 % aller Teilnehmerinnen und Teilnehmer eine Milzgröße im Referenzbereich auf. Eine vergrößerte Milz war bei 4,1 % und eine verkleinerte Milz bei 3,5 % der Studienteilnehmer zu beobachten. Das interpolierte Milzvolumen der Gesamtpopulation betrug im Mittelwert 193.7 ± 80.4 ml.
Es zeigte sich, dass sich das mediane Milzvolumen mit zunehmendem Lebensalter verringerte und dass Frauen gegenüber Männern ein kleineres Milzvolumen aufwiesen. Studienteilnehmer mit niedrigem Bildungsstand wiesen eine größere Milz im Vergleich zu besser gebildeten Personen auf. Aktuelle Raucher hatten im Median eine kleinere Milz als Nichtraucher. Anthropometrische Parameter hatten einen signifikanten Einfluss auf das Milzvolumen: Höhere Milzvolumina lagen vor bei zunehmender Körpergröße, zunehmendem Körpergewicht, BMI und Taillenumfang. Die Blutglukose-, Erythrozyten- und Hämoglobinwerte waren positiv mit dem Milzvolumen assoziiert. Probanden mit bekanntem Diabetes wiesen im Median eine größere Milz gegenüber Probanden ohne bekannten Diabetes auf. MCV, MCH, Thrombozytenzahl, Fibrinogen und Leukozyten waren mit einer Milzverkleinerung assoziiert. Mit zunehmendem hs- CRP sowie zunehmender ALAT und ASAT fanden sich größere Milzvolumina. Dabei zeigten Thrombozytenzahl und MCV die stärksten inversen Assoziationen mit dem Milzvolumen, wohingegen der Taillenumfang und das Körpergewicht die stärkste positive Assoziation mit dem Milzvolumen aufwiesen.
Diese Ergebnisse zeigen auf, die „4711“-Regel zu überdenken und die neuen Erkenntnisse der potenziellen Einflussfaktoren auf die Milzvergrößerung und -verkleinerung in den klinischen Alltag zu integrieren. In nachfolgenden Segmentierungsverfahren sollten eine Optimierung der Bildqualität und eine Minimierung der Schichtdicke vorgenommen werden.
Bei der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung handelt es sich um eine pulmonale Erkrankung mit persistierender respiratorischer Symptomatik. Für die Erkrankung pathognomonisch ist eine Atemflussminderung aufgrund einer progressiven Atemwegsobstruktion. Trotz individueller Krankheitsverläufe und verschiedenen klinischen Phänotypen resultiert häufig eine chronisch respiratorische Insuffizienz mit obstruktiver Ventilationsstörung, welche sich limitierend auf die Überlebenszeit auswirkt und die Wahrscheinlichkeit für wiederholte Hospitalisierungen erhöht. Die nichtinvasive Beatmung stellt seit Jahren eine etablierte und anerkannte Therapieoption der akuten respiratorischen Insuffizienz bei COPD-Patienten da. Weniger eindeutig verhält sich jedoch die Studienlage bezüglich der Etablierung einer langfristigen außerklinischen NIV-Therapie bei COPD-Patienten mit chronisch respiratorischer Insuffizienz. Kurz- und Langzeiteffekte dieser Therapieoption bei chronisch respiratorischer Insuffizienz wurden in den letzten 20 Jahren nur in wenigen Publikationen untersucht und es konnte kein Vorteil hinsichtlich des Überlebens von Patienten mit Überleitung auf eine LTH-NIV-Therapie gezeigt werden. Ziel dieser retrospektiven Studie war es, die Auswirkungen der NIV-Therapie auf das Langzeitüberleben und die Rehospitalisierung zu untersuchen und mögliche Einflussfaktoren bzw. Prädiktoren auf diese zu identifizieren. Zur Beantwortung der Fragestellung wurden 151 Patienten in die Studie eingeschlossen, welche sich in dem Zeitraum vom 01.01.2012 bis 30.06.2019 aufgrund einer akuten nicht-invasiven Beatmungsnotwenigkeit bei AECOPD in den Abteilungen für innere Medizin der UMG in Behandlung befanden. Vom Gesamtkollektiv wurden 83 Patienten im Anschluss an den Indexkrankenhausaufenthalt direkt auf eine LTH-NIV-Therapie eingestellt. Die Non-NIV-Gruppe bildeten 68 Patienten, welche ohne Überleitung auf eine LTH-NIV-Therapie nach dem Indexaufenthalt aus dem Krankenhaus entlassen wurden. Über ein Follow-up von zwei Jahren wurden Blutgasanalysen, Beatmungsparameter, Rehospitalisierungen und die Mortalität betrachtet. Es wurden eine Überlebenszeitanalyse nach der Kaplan-Meier-Methode sowie eine Cox-Regression zur Analyse mehrerer Einflussgrößen auf das Überleben im Gruppenvergleich durchgeführt.
In der vorliegenden retrospektiven Datenauswertung von COPD-Patienten mit akuter nicht-invasiver Beatmungsnotwendigkeit im Rahmen einer AECOPD, konnte gezeigt werden, dass die Einstellung auf eine LTH-NIV-Therapie das Überleben in einem zweijährigen Beobachtungszeitraum signifikant (p=0,027) verbessert. Das 24-Monats-Risiko einer Rehospitalisierung lag in der LTH-NIV-Gruppe bei 41% gegenüber 55,9% in der Non-NIV-Gruppe. Dieses Ergebnis verfehlte nur knapp die statistische Signifikanz (p=0,053). In der statistischen Testung ergab sich ein verringertes Mortalitätsrisiko bei den Patienten, die im direkten Anschluss an eine AECOPD auf eine LTH-NIV-Therapie übergeleitet wurden [HR: 0,37 (0,17; 0,79)].
In der Zeit vom 01.01.1993 bis zum 30.05.2016 wurden 119 ETVs an 107 pädiatrischen Patienten der Universitätsmedizin in Greifswald durchgeführt. 33% der Patienten stellen sich mit einer akut bestehenden Symptomatik vor, welche vor allem aus Erbrechen, Übelkeit sowie Kopfschmerzen besteht. Bei 67% der Patienten bestand die Symptomatik bereits länger als 2 Wochen. Bei 57/107 (53%) Patienten wurde im Langzeitverlauf mit einem durchschnittlichen Beobachtungszeitraum von 9,9 Jahren ein ETV-Erfolg beobachtet. Insbesondere an jungen Patienten ist die ETV in nur 40% mit einem dauerhaften ETV-Erfolg assoziiert. Bei den 10-18jährigen Patienten lag der ETV-Erfolg bei 64,5%. Die Ursachen für den Hydrozephalus sind sehr heterogen und unterschiedlich stark mit einem dauerhaften ETV-Erfolg assoziiert. Patienten mit einem posthämorrhagischen Hydrozephalus oder einem postentzündlichen Hydrozephalus zeigen im Langzeitverlauf einen Erfolg von 36% bzw. 27%. Tumorpatienten zeigen je nach Tumorentität hohe Erfolgsraten bzgl. einer ETV (70% Erfolg). Patienten mit einer Aquäduktstenose zeigten in 69% der Eingriffe einen Erfolg. Des Weiteren liegt bei Patienten nach einer vorherigen VP-Shuntimplantation in nur 26% einen ETV-Erfolg vor und das Vorliegen einer Frühgeburtlichkeit ist ebenfalls mit einem niedrigen Erfolg von 29% assoziiert. Die Komplikationsrate liegt bei 18%. Liquorfisteln, Meningitiden und Liquorpolster sind dabei die häufigsten transienten postoperativen Komplikationen.
Die Lebensqualität wurde bei 49 Patienten der Kohorte untersucht. Bei den Patienten jünger als 14 Jahre wurden signifikante Defizite im Bereich „Freunde“ detektiert.
Die Ergebnisse der gesundheitsbezogenen Lebensqualität von Patienten über 14 Jahren liegen im jeweiligen Normbereich. Außerdem unterscheidet sich die Lebensqualität der untersuchten Kohorte nicht in Bezug auf einen ETV-Erfolg oder ETV-Misserfolg. Patienten einzelner Subgruppen zeigen ein geringeres körperliches Wohlbefinden: Patienten mit einem posthämorrhagischen Hydrozephalus sowie Patienten, die jünger als 6 Monate alt waren zum Zeitpunkt der ETV.
Das untersuchte Patientenkollektiv erreichte in Bezug auf die Schulabschlüsse insgesamt niedrigere Qualifikationen verglichen mit den bundesweiten Angaben.
Die Sepsis und der septische Schock sind lebensbedrohliche Erkrankungen, an denen weltweit Millionen Menschen erkranken und infolgedessen sterben. Die Blutkulturdiagnostik hilft die im Blut zirkulierenden Erreger und deren Sensitivität gegenüber Antiifektiva zu bestimmen und ermöglicht so die Umstellung auf eine gezielte Therapie. Mehrere internationale Studien konnten zeigen, dass durch eine Deeskalation der antiinfektiven Therapie das Outcome der Sepsis-Patienten verbessert werden kann. Außerdem kann eine Umstellung der kalkulierten Therapie nicht nur zu einer Abnahme der Sterblichkeit und der Ersparnis von Ressourcen, sondern auch zu einer Reduzierung von Resistenzbildung führen. Zur Identifizierung und zur Outcome-Einschätzung von kritisch-kranken Patienten können eine große Anzahl an Scores, Laborparametern, Vitalzeichen, Vorerkrankungen und weiteren Kriterien betrachtet werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist Scores und klinische Parameter zu ermitteln, die eine Aussage über die Positivitätswahrscheinlichkeit der Blutkulturdiagnostik treffen können. In der retrospektiven Studie wurden Daten von 635 Blutprobensets von 481 Patienten, die vom 11/2016 bis zum 03/2018 in der Universitätsmedizin Greifswald auf der Intensivstation behandelt wurden, analysiert. Dabei wurden Daten 24 Stunden vor und 4 Stunden nach der dokumentierten Blutkulturabnahme erfasst und ausgewertet. Es erfolgte eine Unterteilung der positiven Blutkulturen in zwei Gruppen: Alle Blutkultursets und GNSA Blutkultursets (gram-negative Keime und Staphylococcus aureus). Die im Rahmen der Arbeit erhobenen Daten zeigen die Schwierigkeit ressourcensparende Diagnostikinstrumente für den klinischen Alltag zu finden. Mit alleiniger Verwendung der Scores lassen sich nur unzureichende Aussagen über das Resultat der Blutkulturdiagnostik treffen (Area unter the curve <0.7). Ebenfalls verdeutlicht die Untersuchung den Aufwand von personellen und diagnostischen Ressourcen, die bei der Bestimmung von Scores benötigt werden. In der klinischen Praxis kann dies zu einer erheblichen Verzögerung führen. Im Vergleich dazu weisen einzelne Laborparameter wie stabkernige Granulozyten sowie die Zusammenführung signifikanter Prädiktoren eine stärkere Diskriminierungsfähigkeit auf. Die Sepsis und der septische Schock sind komplexe Krankheitsbilder, sodass die Positivitätswahrscheinlichkeit einer Blutkultur nicht mit endgültiger Sicherheit anhand nur eines einzelnen Scores oder eines Laborparameters vorherzusagen ist.
Ion traps such as Paul traps and MR-ToF (multi-reflection time-of-flight) devices are indispensable tools at radioactive ion beam facilities for the preparation of high-quality radioactive ion beams for subsequent experiments or for precise measurements of the properties of radioactive ions, such as nuclear binding energies or nuclear charge radii.
Within the work of this thesis, Doppler- and sympathetic cooling is implemented in a linear Paul-trap cooler-buncher enabling a reduction of the longitudinal emittance of radioactive ion beams resulting in a significant improvement of the ion beam quality. Moreover, a next-generation MR-ToF device is conceptualized in order to achieve isobaric pure beams with a higher ion intensity than state-of-the-art MR-ToF devices can provide. Once fully constructed and commissioned, it will operate at an unprecedented ion beam energy of 30 keV. Both of these advances are expected to become important for a wide range of experimental programs pursued at low-energy branches of RIB facilities ranging from fundamental symmetry studies, nuclear structure, rare isotope studies with antimatter, searches of physics beyond the standard model to material science and the production of medical isotopes.
The next-generation MR-ToF mass separator is based on MIRACLS’ 30-keV MR-ToF device for highly sensitive and high-resolution collinear laser spectroscopy. By storing the ions in the Multi Ion Reflection Apparatus for Collinear Laser Spectroscopy (MIRACLS), the same ion bunch is probed by a spectroscopic laser for thousands of times compared to a single passage in traditional collinear laser spectroscopy (CLS). Dedicated simulation studies show that the accuracy and resolution will be close to traditional single-passage CLS while the sensitivity is significantly enhanced. Hence, measurements of nuclear properties via fluorescence-based CLS of very rare radionuclides as well as highly sensitive and high-precision measurements of electron affinities via laser-photodetachment-threshold spectroscopy of negatively-charged (radioactive) ions will become possible.
First measurement campaigns employing MIRACLS’ 1.5-keV MR-ToF device confirm the outstanding boost in signal sensitivity and provide confidence in the application of the MIRACLS technique for the measurement of scarcely produced radioactive ions that have been so far beyond the reach of conventional techniques. Furthermore, the electron affinity of 35Cl was measured, which is in perfect agreement with the literature value. These measurements will serve as important benchmarks for modern atomic and nuclear theory, especially in its description of nuclear charge radii.
In summary, the implementation of Doppler and sympathetic cooling at RIB facilities, the conceptualization of a 30-keV MR-ToF apparatus for highly selective and high-flux mass separation as well as for highly sensitive and high-resolution fluorescence-based laser spectroscopy and the expansion of the MIRACLS technique for the study of negatively-charged ions will enable unprecedented new measurement opportunities at RIB facilities.
Der Begriff Nachhaltigkeit hat längst Eingang in den deutschen Sprachgebrauch gehalten. Doch
wie verhält es sich mit dem Verständnis zum Paradigma Nachhaltigkeit, welches sich im
soziologischen, ökonomischen und ökologischen Wirkungsgefüge bewegt? Aufgrund ihrer
sozialen Relevanz, ihrer distributiven Verflechtungen und ihrer Bedeutung für den
Wohlfahrtsstaat kommt Unternehmen eine große Bedeutung zu. Hilfreich für die Erforschung
des komplexen und dynamischen Nachhaltigkeitsprozesses sind individualisierte Sichtweisen in
räumlichen Abgrenzungen. Biosphärenreservate, die weltweit von der UNSECO als
Modellregionen für nachhaltige Entwicklung als solche anerkannt wurden, bieten sich hierfür
an. Die übergeordnete Forschungsfrage dieser Arbeit lautet daher: Wie wird in den UNESCOBiosph
ärenreservaten die nachhaltige Entwicklung, speziell verantwortungsvolles Wirtschaften,
exemplarisch verwirklicht?
Eine Einordnung in den Nachhaltigkeitsdiskurs zeigt aktuelle Perspektiven auf und stellt die
Nachhaltigkeitsforschung im Kontext der Biosphärenreservate sowie die Bedingungen für
verantwortungsvolles Wirtschaften vor. Als forschungsrelevante Zielgruppen wurden die
Verwaltungen der UNSECO-Biosphärenreservate (BR), Multiplikatoren der Wirtschaft (z.B.
kommunale Wirtschaftsförderungen, IHK, Handwerkskammern, Bauern- und
Wirtschaftsverbände) sowie Unternehmen in bzw. an BR identifiziert. Mithilfe von
leitfadengestützten Experteninterviews und hybriden Fragebögen erfolgte die Datenerhebung,
die mit der Grounded Theory bzw. grafisch ausgewertet wurden.
Die Datenerhebung hat gezeigt, dass BR-Verwaltungen bislang überwiegend für
Umweltschutzbelange mandatiert und für die Einflussnahme hinsichtlich verantwortungsvollen
Wirtschaftens auf Kooperationspartner angewiesen sind. Wirtschaftsbezogene Aktivitäten sind
innerhalb ihrer Netzwerke der Partnerbetriebe etabliert, sie fokussieren überwiegend die
Direktvermarktung regionaler Produkte und die Inwertsetzung der naturverträglichen
Tourismusangebote. Innerbetriebliche Prozesse werden von einigen BR-Verwaltungen mit
Beratungsangeboten zu Umweltmanagementsystemen (z.B. EMAS) begleitet. Etliche BR weisen
wenn überhaupt nur einen geringen Besatz an Industrie- oder Dienstleistungsunternehmen, ihre
Verwaltungen haben daher auch kaum Berührungspunkte zu den Betrieben des sekundären und
tertiären Sektors außerhalb der Tourismusbranche. Die auf repräsentative Kulturräume
ausgerichteten Zonierungskonzepte der BR können diesbezüglich überdacht werden. Deutlich
wird, dass Handlungskompetenzen in wirtschaftsorientierten Themenkomplexen (Beratung zu
Fördermöglichkeiten, Innovationen, Technologieanwendung, Unternehmensgründung, mobiles
Arbeiten, Aus- und Weiterbildung, Vereinbarkeit von Beruf und Familie, Fachkräftesicherung,
Zertifizierungen, Produktentwicklung, Prozessoptimierung, Digitalisierung) nach Institutionen
durch die Wirtschaftsvertreter überwiegend den IHK, den Handwerkskammern und
Wirtschaftsförderungen und weniger den BR-Verwaltungen zugeschrieben werden.
Mehrheitlich beurteilen die befragten Unternehmen die Handlungsfähigkeit von BRVerwaltungen
hinsichtlich des Naturschutzes, der Vermarktung regionaler Produkte und
Dienstleistungen sowie von Agrarumweltmaßnahmen positiv. Dagegen ist den Unternehmen
die Handlungsfähigkeit der BR-Verwaltungen auf den Gebieten der Verkürzung von
Planungsverfahren, der Prozessinnovation, des Energiemanagements und der
Fachkräftesicherung weitestgehend unbekannt. Eine große Mehrheit der Unternehmer meint
zudem, dass sich die Ziele und Aktivitäten der BR-Verwaltungen vorrangig auf
Naturschutzmaßnahmen beziehen. Weiterhin meinen sie, richtet die sich die Unterstützung von
Unternehmen überwiegend auf die Vermarktung regionaler Produkte und traditionelles
Handwerk. Die 17 Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen haben bislang keinen
breitenwirksamen Bekanntheitsgrad in der befragten Unternehmerschaft gefunden.
In einem integrierten Verständnis fließen ökologische und soziale Aspekte der Nachhaltigkeit in
die konzeptionellen Grundlagen der BR ein, die ökonomische Dimension dagegen reduziert sich
oft auf die Bereiche Landwirtschaft und Tourismus. Weiterführende Aktivitäten hinsichtlich
nachhaltigen Wirtschaftens überlassen BR-Verwaltungen derzeit überwiegend der Expertise
wirtschaftsfördernder Institutionen, die sich aus ihrer Sicht originär mit innerbetrieblichen
Prozessen befassen.
Der Austausch von Grundlagendaten oder Ergebnissen bisheriger Datenerhebungen zwischen
den BR-Verwaltungsstellen – einem potenziellen Wesensmerkmal von Modellregionen – wird
durch das Fehlen entsprechender Infrastruktur deutlich erschwert, bzw. ist nicht möglich.
Technische und personelle Ressourcen für die digitale Datenaufbereitung und -pflege in den BRVerwaltungen
sind überwiegend nicht vorhanden.
Mit der Anerkennung eines BR durch die UNESCO muss auch seine Anerkennung als
Modellregion für nachhaltige Entwicklung durch alle beteiligten Interessengruppen
einschließlich seiner Bewohner einhergehen.
Increasing environmental changes primarily due to anthropogenic impacts, are affecting organisms all over the planet. In general, scientists distinguish between three different ways in which organisms can respond to environmental changes in their habitat: extinction, dispersal and adaptation. An example of organisms which are highly adaptable and can easily cope with new and changing environments are invasive species which are able to colonize new habitats with only few individuals. To successfully survive in their new environment, invasive species adapt fast to novel abiotic and biotic parameters, such as different temperature regimes. Phenotypic plasticity which enables organisms to quickly modify their phenotype to new environmental conditions, explains the success in adaptation of invasive species.
While underlying mechanisms of phenotypic plasticity are not fully understood, one possible “motor” of phenotypic plasticity is epigenetics. Especially DNA methylation could explain the fast changes of the organism’s phenotype due to plasticity when experiencing changing environments, as invasive species do. DNA methylation could even contribute to the adaptation of invasive species via phenotypic plasticity, especially with clonally reproducing species. Methods such as common garden experiments with clonally reproducing species are a useful tool to differentiate between phenotypic plasticity and genetic adaptation because the confusing effects of genetic variation are lowered in clonally reproducing species.
Our overall goal was to evaluate the genetic adaptive potential of New Zealand mud snail (Potamopyrgus antipodarum) populations from Europe since they went through an extreme bottleneck after colonizing Europe only 180-360 generations ago. Seemingly, two different clonal lineages colonized Europe because two 16 s rRNA and cytochrome b haplotypes were found across different European countries, haplotypes t and z. The NZMS is a highly successful invasive species that is nowadays nearly globally distributed. The shells of the NZMS show a habitat-dependent high variability and are a fitness-relevant trait. The high variability in shell morphology is due to both genetic variation and phenotypic plasticity. To disentangle genetic from environmental effects on the shell morphology NZMS, we conducted a common garden experiment. We kept asexually reproducing females from eleven European populations in climate cabinets with three different temperatures to produce offspring. We compared shell size and shape across three generations using the geometric morphometrics approach. Furthermore, we estimated reaction norms, maternal effects, broad-sense heritability, the coefficient of genetic variation (CVA) and evolvability (IA) in shell size and shape across different temperature conditions. Additionally, we investigated the reproductive rate of the parental generation.
Results showed that the shell morphology of the parental generation differed across populations. In contrast, the shell morphology of offspring generations became more similar. The reaction norms of the F1 generation were rather variable across the three temperatures. However, we were able to observe a haplotype-dependent pattern across the reaction norms suggesting a restricted genetic differentiation among NZMS in Europe. We detected high heritability values in size indicating a high genetic influence. Heritability values for shape were lower than in size. Generally, heritability varied slightly depending on temperature. Size seemed to have a higher evolvability than shape. However, the values of all our calculations were very low which indicates that the European NZMS populations are genetically diminished. The reproductive rate of the parental generation was rather haplotype than temperature dependent. In summary, we were able to display that the NZMS is capable to plastically adapt its shell morphology to different temperatures showing significant differences between the two haplotypes. Nevertheless, the low evolvability values indicate that little genetic variation has formed since the arrival of the NZMS in Europe and therefore, European NZMS seem to have a reduced ability to react to selection.
These results implied that phenotypic plasticity is important for the adaptation to different environmental conditions in the NZMS and maybe other molluscan species. Since classical experimental approaches can only describe the resulting phenotypes, we also intended to shed more light on the mechanistic side of environmentally induced phenotypic modifications using DNA methylation analysis. Although molluscs represent one of the most diverse taxa within the metazoan and are found in many different habitats, our knowledge of the DNA methylation in molluscs is scarce. Therefore, we aimed at deepening and summarizing our understanding about DNA methylation in molluscs. Publicly available molluscan genomic and transcriptomic data of all eight mollusc classes was downloaded to search for DNA methyltransferases (DNMTs 1-3) responsible for DNA methylation. Additionally, we estimated the normalized CpG dinucleotide content (CpG o/e) indicating the presence/absence and the frequency of DNA methylation in the genome. The CpG o/e ratio refers to the level of DNA methylation in the genome. Based on the sensitivity of methylated cytosines to mutate into thymine residues, species having a high germline methylation in genomic regions over evolutionary time, also have a lower CpG content, which is called CpG depletion. In contrary, species with a limited germline methylation in genomic regions over evolutionary time, show a higher CpG content and lack CpG depletion. The presence or absence of CpG depletion can be calculated with the CpG o/e ratio. Ultimately, the goal of our analyses was to gain insight into the evolution of methylation in molluscs.
We detected DNMTs in all eight mollusc classes and in most of the species. It is therefore plausible that the last common ancestor of molluscs has already had the enzymatic machinery which is needed for DNA methylation. However, various species did not possess the complete DNMT toolkit indicating evolutionary modification in DNA methylation. In general, we found a wide distribution of the bimodal CpG o/e pattern in six mollusc classes, resulting from CpG depletion. The genes in these groups seem to be divided into genes with a high degree of methylation and genes with a lower degree of methylation. This implies that DNA methylation seems to be rather common in molluscs. Species of Solenogastres and Monoplacophora were not or only sparsely methylated. It seems that those mollusc groups have undergone a reduction in DNA methylation. We hope that our investigations will demonstrate the lacking knowledge in epigenetics of molluscs and encourage scientist to execute and continue genetic studies on molluscs.
Der Fokus der vorliegenden Studie lag auf der Untersuchung der Beziehung
zwischen CRF und RV-Struktur und Funktion in einer großen, bevölkerungsbasierten
Kohorte bestehend aus weitgehend körperlich inaktiven Erwachsenen. Damit
widmete sich diese Studie einer aktuellen Problemstellung, da die Bevölkerung
aufgrund des demographischen Wandels stets älter wird und der Prozentsatz an
körperlich inaktiven Erwachsenen bereits jetzt schon ein hohes Niveau erreicht hat
und zusätzlich bisher noch wenige Informationen für den RV-Umbau vorliegen.
Die Kohorte umfasste 2 844 Proband:innen aus zwei unabhängigen SHIP-Kohorten,
die eine CPET für die Bestimmung der VO2peak absolvierten.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Studie waren die beiden unterschiedlichen
bildgebenden Verfahren, die zur Bestimmung der RV-Struktur und Funktion
verwendet wurden. Alle Proband:innen erhielten eine Echokardiographie und 941
Proband:innen zusätzlich eine cMRT.
Die Ergebnisse, zusammengefasst in Abbildung 6, zeigen letztendlich, dass eine
geringere CRF mit einer kleineren Kammergröße und einer geringeren systolischen
Funktion, einem geringeren Schlagvolumen und einer geringeren Herzleistung des
rechten Herzens verbunden ist.
Dieser Zusammenhang könnte die zuvor beschriebene altersbedingte Abnahme der
Herzgröße erklären, wobei der bewegungsarme Lebensstil der meisten Personen
während des gesamten Lebens und der Alterungsprozess die wichtigsten Beiträge
hierzu sein könnten.
Diese Daten unterstützen somit die Idee, dass reduzierte VO2peak-Werte eine
Kombination aus körperlicher Inaktivität, Atrophie des Herzens und
Alterungsprozessen sind.
Weitere Studien sind jedoch erforderlich, um die Mechanismen dieser
Veränderungen für eine mögliche therapeutische Nutzung im Detail zu identifizieren
und mehr Informationen über die klinische Relevanz des rechten Ventrikels zu
entwickeln, möglicherweise auch in verschiedenen Ethnien.
Eine Sepsis ist die schwerste Verlaufsform einer akuten Infektion. Sie stellt trotz intensiver Forschung und einer langen Historie insbesondere in dem intensivmedizinischen Bereich immer wieder vor neue Herausforderungen. Die Ausprägungen können sich auf zirkulatorischer, zellulärer und metabolischer Ebene zeigen und imponieren durch vielseitige klinische Manifestationen. Bedingt durch die aktuelle Altersstruktur der Bevölkerung und den zahlreichen Komorbiditäten stellt die Sepsis ein Krankheitsbild mit hoher Sterblichkeitsrate dar.
In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir im Tiermodell die pleiotropen Wirkungen von Simvastatin in der Sepsis bei experimenteller Endotoxinämie. Damit griffen wir die Ergebnisse klinischer Studien auf, die besagen, dass eine Veränderung des Fettstoffwechsels die Mortalität der Sepsis verringert.
Unser Interesse richtete sich dabei auf die intestinale Mikrozirkulation. Mittels Intravitalmikroskopie wurde die Leukozytenadhärenz der Venolen der submukösen Darmwand und die funktionelle Kapillardichte in den unterschiedlichen Schichten der Darmwand untersucht. Da sich die Sepsis sehr vielseitig manifestiert, erfolgte begleitend zu dem Versuchsablauf eine kontinuierliche Messung der
hämodynamischen Parameter. Mit Hilfe von repetitiven Blutentnahmen, wurden die metabolischen Veränderungen protokoliert.
Nach LPS induzierter Endotoxinämie führte die Simvastatingabe im Versuchsablauf zu keiner Verbesserung der infekttypischen, hämodynamischen intestinalen Situation. In der Intravitalmikroskopie zeigten sich keine proangiogenen Veränderungen der Kapillardichte in der Lamina muscularis longitudinalis und circularis. Bei der Beobachtung der Leukozyten-Endothelinteraktion konnte zwar ein Anstieg der Leukozytenadhärenz festgestellt werden, jedoch kein protektiver Effekt nach Medikamentengabe.
Unsere Hypothese, dass eine Lipidmodulation mit Simvastatin in der akuten Sepsistherapie eine wichtige Rolle spielen könnte, wurde in unserem Versuchsaufbau nicht nachgewiesen. Die pleiotropen Effekte des Medikamentes in niedriger Dosierung scheinen keinen Einfluss auf das septische Geschehen zu haben. Die von uns vermutete Wirkung scheint eher bei einer prophylaktischen und langfristigen Einnahme gegeben zu sein. Dies könnte Gegenstand der Betrachtung von weiteren Untersuchungen sein.
Auch eine initial höhere therapeutische Dosierung und mehrfach Gabe eines Statins über einen längeren Zeitraum könnte Gegenstand einer weiteren Untersuchung sein.
Emerging infectious diseases are among the greatest threats to human, animal and plant health as well as to global biodiversity. They often arise following the human-mediated transport of a pathogen beyond its natural geographic range, where host species are typically not well adapted due to a lack of co-evolutionary host-pathogen dynamics. One such pathogen is the fungus Pseudogymnoascus destructans (Pd), which causes White-Nose disease in hibernating bats. While Pd was first observed in North America where it has led to mass-mortalities in some bat species, the pathogen originates from Eurasia where infection is not associated with mortality. Most of the Pd research has focused on the invasive North American range, which likely underestimated the genetic structure of the pathogen and the role it might play in the disease dynamics.
In my work, I therefore evaluated the genetic structure of Pd in its native range with the aim of uncovering cryptic diversity and further use population genetic data to address some key ecological aspects of the disease dynamics. With an extensive reference collection of more than 5,000 isolates from 27 countries I first demonstrated strong differentiation between two monophyletic clades across several genetic measures (multi-locus genotypes, full genome long-read sequencing and Illumina NovaSeq on isolate pools). These findings are consistent with the presence of two cryptic species which are both causative agents of bat White-Nose disease (‘Pd-1’, which corresponds to P. destructans sensu stricto, and ‘Pd-2’). Both species exist in the same geographic range and co-occur in the same hibernacula (i.e., in sympatry), though with specialised host preferences. I further described the fine-scale population structure in Eurasia which revealed that most genotypes are unique to single hibernacula (more than 95% of genotypes). The associated differences in microsatellite allele frequencies among hibernacula allowed the use of assignment methods to assign the North American isolates (exclusively Pd-1) to regions in Eurasia. Hence, a region in Ukraine (Podilia) is the most likely origin of the North American introduction.
To gain further insights into the spatial and temporal dynamics of White-Nose disease on a localised scale, several hibernacula were sampled with high intensity (artificial hibernaculum in Germany and natural karst caves in Bulgaria). Low rates of Pd gene flow were observed even among closely situated hibernacula. This indicates that Pd does not remain viable on bats over summer or it would be frequently exchanged among bats (and hence hibernacula) resulting in a homogenous distribution of genotypes. Instead, bats need to become re-infected each hibernation season to explain the yearly re-occurrence of White-Nose disease. Given the distribution and richness of Pd genotypes on hibrnacula walls and infected bats of the same hibernacula, bats become infected from the hibernacula walls when they return after summer. This means that environmental reservoirs exist within hibernacula (i.e., the walls) on which Pd spores persist during bat absence and which drive the yearly re-occurrence of White-Nose disease. In an experimental setup, I confirmed the long-term viability of Pd spores on abiotic substrate for at least two years and furthermore discovered temporal variations in Pd spores’ ability to germinate. In fact, these variations followed a seasonal pattern consistent with the timing of bats absence (reduced germination) and presence (increased germination) and could indicate adaptations of Pd to the bats’ life-cycle. The infection of bats from environmental reservoirs hence seems to be a central aspect of White-Nose disease dynamics and Pd biology.
Pds ability to remain viable for extended periods outside the host increases its risk of being anthropogenically transported and might have played a role in the emergence of White-Nose disease in North America. The existence of a second species (Pd-2) poses a great additional danger to North American bats considering that its introduction there could lead to deaths and associated population declines in so-far unaffected species given what is known about differing host species preferences in Eurasian bats. Even within the native range of Pd, the movement of Pd between differentiated fungal populations could facilitate genetic exchanges (e.g., through sexual reproduction) between genetically distant genotypes. Such genetic exchanges could lead to phenotypic jumps in pathogenicity or host-species preferences and should hence be prevented.
The native range of a pathogen holds great potential to better understand the genetic and ecological basis of a (wildlife) disease. My work informs about the dangers associated with the accidental transport of Pd (and other pathogens) and highlights the need for ‘prezootic’ biosecurity-oriented strategies to prevent disease outbreaks globally. Once a pathogen has arrived in a new geographic range, and particularly if it has environmentally durable spores (as demonstrated for Pd), it will be difficult/impossible to eradicate. Furthermore, a pathogen’s ability to remain viable outside the host and infect them from environmental reservoirs has been associated with an increased risk of species extinctions and needs to be considered when designing management strategies to mitigate disease impact.
Gegenstand der Arbeit ist ein Vergleich des Transferpreissystems der OECD, der gemeinsamen konsolidierte Körperschaftsteuer-Bemessungsgrundlage (GKKB) und der Bemessungsgrundlagenteilung nach Georg Schanz als Systeme zur internationalen Steuersubstrataufteilung. Die Ausgangsfragen lauten: „Können die Maßnahmen des BEPS Projekts eine Doppel- bzw. eine Doppelnichtbesteuerung multinationaler Unternehmungen (MNU) zukünftig vermeiden?“ und „Welche alternativen System sind andernfalls verfügbar?“
Im Fokus stehen die individuellen Aufteilungsmechanismen als zentraler Baustein der jeweiligen Systeme. Begleitende Maßnahmen werden nur berücksichtigt, wenn sie die Substrataufteilung beeinflussen. Nicht untersucht werden Maßnahmen zum Informationsaustausch oder Wege zur Rechtsangleichung, da diese rein unterstützenden Charakter besitzen, ohne die Aufteilung selbst zu beeinflussen.
Nach der Einleitung erfolgt in Teil zwei die Grundlegung. Die Begriffe Doppel- und Doppelnichtbesteuerung werden definiert. Die Notwendigkeit beide zu vermeiden sowie die Anreize für multinationale Unternehmen steuerlich zu gestalten werden diskutiert, und die Instrumente der internationalen Steuergestaltung werden aufgezeigt.
Der Vergleich erfolgt anhand ausgewählter qualitativer Kriterien. Diese werden im Teil drei dargestellt und setzen sich aus rechtlichen, ökonomischen und politischen Anforderungen zusammen. Besondere Bedeutung besitzt die Bestimmung des Ortes der Wertschöpfung, denn diesem Ort ein größerer Teil des Steuersubstrates zugeordnet werden soll. Er ist somit für die Aufteilung von erheblicher Bedeutung, zugleich lässt er sich durch die integrierte Wirtschaftsweise multinationaler Unternehmen zunehmend schwieriger bestimmen.
Im Teil vier der Arbeit werden die Aufteilungssysteme vorgestellt, auf theoretischer Ebene kritisiert und anhand des in Teil drei entwickelten Kriterienkatalogs verglichen. Das Transferpreissystem als internationaler Standard und die GKKB als Vorschlag der EU Kommission sind intensiv erforschte Aufteilungssysteme. Sie werden in ihrem gegenwärtigen Entwicklungsstand in die Untersuchung einbezogen.
Die Bemessungsgrundlagenteilung nach Georg Schanz dagegen wurde seit ihrer Veröffentlichung im Jahre 1892 kaum untersucht. Daher wird sie zunächst an das gegenwärtige wirtschaftliche Umfeld angepasst. Die Aufteilung der Besteuerungsrechte erfolgt vor der Substratermittlung anhand der Qualität und Intensität der wirtschaftlichen Beziehung zu einem Staat. Entscheidend ist, ob zu diesem eine produktive oder konsumtive Beziehung besteht sowie deren relativen Bedeutung für die multinationale Unternehmung. Alle Einkunftsarten werden gleich behandelt. Folglich beeinflusst deren Wahl die Besteuerungsrechtszuordnung nicht. Die relative Bedeutung wird mittels Erfolgsgrößen gemessen. Damit knüpft die Aufteilung an die unternehmerische Zielstellung an und bringt die Unternehmensziele in Einklang mit dem zwischenstaatlichen Aufteilungsziel. Jeder Staat darf das Substrat nach seinem Steuerrecht aufteilen, somit entfällt die Steuerrechtsharmonisierung. Zwar können aufgrund dessen Abweichungen bei der Substratzuordnung auftreten, welche sich im Zeitablauf ausgleichen jedoch sollten.
Aus der Untersuchung folgt, dass das Transferpreissystem trotz umfangreicher Anpassungen die Besteuerung am Ort der Wertschöpfung weiterhin nicht gewährleisten kann. Das BEPS Projekt verfehlt sein zentrales Ziel. Darüber hinaus verstößt es gegen die Entscheidungsneutralität als wesentliches ökonomisches Prinzip. Mithin bestehen Anreize und Möglichkeiten, Einfluss auf die Steuersubstrataufteilung zu nehmen, fort.
Die GKKB schneidet besser ab, denn sie kann besser das Steuersubstrat nach dem Wertschöpfungsbeitrag abgrenzen und Aktivitätsverlagerungen erfassen. Allerdings ist es nicht entscheidungsneutral und reizt ebenfalls zu Gestaltungen an.
Die Bemessungsgrundlagenteilung kann sowohl die wirtschaftliche Zugehörigkeit als auch den Wertschöpfungsbeitrag zutreffend erfassen. Darüber hinaus gewährleistet sie Entscheidungsneutralität. Steuerliche Anreize zur Gestaltung der unternehmerischen Tätigkeit bestehen nicht. Dieses System erfüllt die in Kapitel drei definierten Anforderungen am besten.
Da die Arbeit nur die einperiodige, laufende Unternehmensbesteuerung berücksichtigt, besteht weiterer Forschungsbedarf. Insbesondere mit Blick auf die Bemessungsgrundlagenteilung sollte untersucht werden:
- Wie sich besonderen Geschäftsleitungsentscheidungen, wie z.B. Gründung, Umstrukturierung und Umwandlung auswirken?
- Welche intertemporären Effekte können auftreten?
- Muss die Aufteilung anhand der Qualität der wirtschaftlichen Beziehung weltweit einheitlich erfolgen oder können die Staaten bilateral abweichen, ohne Gestaltungsanreize zu setzen?
The deep geological underground represents an important georesource for the short-
term storage of renewable energy and the long-term reduction of greenhouse gas emissions. To ensure the economic viability and safety of any subsurface storage project, detailed characterisation of the quality and integrity of the reservoir and its cap rock is required. This characterisation includes the accurate determination of the petrophysical properties, such as porosity and permeability, as well as the potential mineral reactions, such as the dissolution of reactive phases, which may occur during the lifespan of such a project. Clay minerals are common components of many reservoir systems and, depending on their type and structure, can have a significant impact on storage and transport properties. These processes are, however, currently not well understood. In order to address these issues, the main focus of this thesis is on mineralogical analyses using X-ray diffraction (XRD) and microstructural studies using focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM) together with micro X-ray computed tomography (µXCT) to gain a better understanding of the influence of clay minerals on reservoir and cap rock properties.
A central part of this thesis focuses on the analysis of clay minerals and pore structures of the Bebertal Sandstone of the Parchim Formation (Early Permian, Upper Rotliegend), which is considered a natural analogue for the tight reservoir sandstones of the North German Basin. Two illite polytypes with a variety of characteristic structures have been identified in the Bebertal sandstone. Disordered 1Md illite forms the majority of the observed structures, which include omnipresent grain coatings, altered permeable feldspar grains and pore-filling meshwork structures. Trans-vacant 1M illite represents the second and youngest generation of authigenic illite and occurs as fibrous to lath-shaped particles that grew into open pore spaces and led to a significant reduction in porosity and permeability during late diagenesis. Based on these results, a model for the formation of illite polytypes in the aeolian layers of the Bebertal sandstone was developed that describes the temporal and spatial evolution of porosity and permeability during diagenesis. Information from this model was then used to improve the prediction of permeability of the Bebertal sandstone based on µXCT pore space models and direct numerical simulations. To achieve this, a micro-scale pore space model was created that allowed the simulation of permeability reduction by clay minerals by including nanoporous illite domains based on a novel morphological algorithm. By performing Navier-Stokes-Brinkman simulations, more accurate predictions of permeabilities with respect to experimentally determined values were obtained compared to conventional Navier-Stokes simulations.
The detailed characterisation of the Bebertal sandstone has shown that natural reservoir rocks are usually complex heterogeneous systems with small-scale variations in texture,
composition, porosity and permeability. Flow-through experiments on the Bebertal sandstone revealed that the coupled geochemical and hydrodynamic processes that occur during the dissolution of calcite could not be predicted by reactive transport models. Therefore, as part of this thesis, a novel approach for developing synthetic sandstones at low temperatures based on geopolymer binder was developed. It is shown that simpler and more homogeneous porous materials can be produced with porosity and permeability values in the range of natural sandstones. These can be used to better understand the dynamic and coupled processes relevant to the storage of renewable energy in reservoir rocks through improved experimental constraints.
The final part of this thesis reports on a detailed clay mineral and pore space study of
three shale formations and one mudstone that were identified as potential seals for the Mt. Simon sandstone reservoir in the Illinois Basin. During the Illinois Basin - Decatur Project, this reservoir was used for the sequestration of one megaton of supercritical carbon dioxide. In order to better assess the quality of the sealing units and to better understand the role of the intergranular clay mineral matrix as potential pathway for fluid migration, a multi-scale evaluation was conducted that included thin section analysis, quantitative evaluation of minerals by scanning electron microscopy (QEMSCAN), mercury intrusion capillary pressure (MICP) measurements, quantitative XRD and high-resolution FIB-SEM. The results allow for the classification of the studied formations into primary and secondary seals and emphasise the importance of three-dimensional clay-mineral-related pore structure characterisations in cap rock studies. XRD proved the most reliable method for the identification and quantification of clay minerals in the studied cap rocks and mudstones. In contrast, FIB-SEM and QEMSCAN provided the spacial constraints for reconstructing fluid flow pathways within the clay mineral matrix.
Overall, this thesis highlights the importance of the precise identification of clay minerals in geological reservoirs and their cap rocks. It also illustrates the need for three-dimensional characterisation and modelling of the associated small pore structures for an improved understanding of the rocks diagenetic history as well as the prediction of the transport and storage properties of these crustal reservoir systems.
Die Entstehung und Entwicklung der akuten Pankreatitis in BPI-Knockout Mäusen im Taurocholat-Modell
(2023)
Die akute Pankreatitis kann einen schweren, lebensbedrohlichen Verlauf nehmen. Dabei bestimmen vor allem die Komplikationen der Pankreatitis wie Multiorganversagen und Sepsis die Mortalität. Eine wichtige Rolle in der akute Pankreatitis nimmt das Immunsystem ein. Neben dem Ausmaß der lokalen Schädigung im Pankreas bestimmt das Immunsystem die weitere Entwicklung der Pankreatitis und die damit einhergehende systemische Reaktion. Sowohl eine überschießende pro- als auch anti- inflammatorische Reaktion können eine Schädigung anderer Organe und bakterielle Infektionen begünstigen. Das bactericidal/permeability-increasing protein (BPI) ist ein Protein, welches sich hauptsächlich in den azurophilen Granula neutrophiler Granulozyten befindet. Durch seine Struktur wirkt es anti-mikrobiell und kann zudem eine überschießende Immunantwort verhindern. In der akuten Pankreatitis könnte das BPI aufgrund der beschriebenen Funktionen neben der antimikrobiellen Wirkung auch Einfluss auf die Entwicklung der Immunreaktion nehmen. Um die Rolle des Bactericidal/permeability-increasing Protein in der Entwicklung und dem Verlauf der experimentellen akuten Pankreatitis zu untersuchen, wurden in der vorliegenden Arbeit C57BL/6-Mäuse mit einem Knock-out des BPI-Genes mit C57BL/6 Wildtyp-Mäusen verglichen. In beiden Gruppen wurde durch Taurocholat-Injektion eine Pankreatitis induziert. Die Gruppen wurden bezüglich des lokalen Schadens im Pankreas und bezüglich der systemischen Immunreaktion untersucht. In der Taurocholat-induzierten Pankreatitis in BPI -/- Mäusen konnte eine zunächst mildere Pankreatitis als in der Vergleichsgruppe nachgewiesen werden. Durch eine geringere Leukozyteninfiltration trat eine mildere Pankreatitis auf. Am ehesten scheint die Ursache im veränderten Verhalten bzw. Fehlen der neutrophilen Granulozyten zu liegen. Im weiteren Verlauf der Erkrankung trat eine deutliche Zunahme der Ausprägung der Pankreatitis auf. Neben der verstärkten Schädigung der Pankreata der BPI -/- Mäuse ist eine verstärkte bakterielle Translokation aufgetreten. Auffällig war in dieser Phase der Erkrankung der vermehrte Nachweis von Makrophagen und des Chemokins MCP-1, welches vor allem den Makrophagen und der Pro-Inflammation zuzuordnenden ist. Gemeinsam könnten sie ursächlich für die deutliche Zunahme der Pankreatitis in den BPI -/- Mäusen sein. Insgesamt lag aber kein signifikanter Unterschied in den systemischen Komplikationen oder der Mortalität vor, sodass die Rolle des BPI in der akuten Pankreatitis vor allem in der lokalen Immunantwort anzunehmen ist.
Die vorliegende Untersuchung betrachtet die Reflexionen von Tierversuchen durch Forschende. Hierdurch lässt sich der tierethische Diskurs um die Perspektive der Forschenden erweitern. Für die offene Forschungsfrage, zu der nur wenige Studien und Erkenntnisse gefunden werden konnten, wurde eine qualitative Methode gewählt, welche ein exploratives Forschungsvorgehen ermöglichte. Es konnten 14 Personen für die Teilnahme an einem Interview akquiriert werden, welche umfassende Informationen mit der Interviewenden teilten. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse ist durch die Stichprobengröße nur eingeschränkt möglich. Hierzu sind weiterführende Untersuchungen mit quantitativen Methoden notwendig.
Es konnte durch die Analyse der Leitfadeninterviews festgestellt werden, dass die Forschenden bereits vor den Leitfadeninterviews ihre Arbeit mit Tieren in Versuchen reflektiert haben. Die Forschenden bilden durch die Abwägung von Risiken und Chancen unter Einbezug weiterer ethischer Aspekte in ihrer Arbeit einen Kompromiss. In den Ausführungen wird, im Vergleich zu den Chancen, ein deutlich größerer Schwerpunkt auf die Risiken von Tierversuchen gelegt, die facettenreich beschrieben werden. In der ethischen Abwägung wird darüber hinaus das 3R-Prinzip, ein verantwortungsbewusster Umgang mit den Tieren im Versuch und die Qualität der Versuchsplanung und -durchführung sowie der damit verbundenen Aussagekraft der Ergebnisse betont werden.
Eine gesellschaftliche Grundstimmung und Erwartungshaltung der Öffentlichkeit wirken als soziale und gesundheitspolitische Aspekte auf die Forschenden ein. Die Forschenden spüren die Forderung nach Transparenz der Forschung, Zeitdruck, den Bedarf an neuen Therapieoptionen und die gesellschaftliche Erwartungshaltung Tierleid zu mindern. Darüber hinaus beschreiben die Forschenden auf der einen Seite eine verurteilende öffentliche Wahrnehmung sowie Befürchtungen vor gegen sie gerichteten Anfeindungen und auf der anderen Seite Verständnis für Tierversuchsgegner*innen und deren Anliegen mit dem damit verbundenen Impuls Tierversuche zu überdenken.
Die Betrachtung der Spannungsfelder und Coping-Strategien ermöglicht für die Reflexionen von Tierversuchen durch Forschende und den Einbezug ihrer Perspektive in den tierethischen Diskurs eine ganzheitliche Betrachtung. Es kann sich ein Bild davon gemacht werden, welche umfangreichen Spannungsfelder für die Forschenden mit Tierversuchen existieren und wie sie ihnen begegnen. Somit ist zusammenfassend festzustellen, dass die Forschenden Tierversuche vielfältig und facettenreich reflektieren.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es funktionsanalytische Untersuchungsergebnisse aus der Perimetrie mit den Daten der HRT II Papillenanalyse, also den rein morphologischen Untersuchungsergebnissen, bei Glaukompatienten vergleichend zu analysieren.
Patienten und Methodik: Dieser Untersuchung liegen Laser-Scanning-Tomografien des Sehnervenkopfes mittels HRT II und Gesichtsfeldanalysen von 184 Glaukom-Patientinnen und Patienten der Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde der Universitätsmedizin Greifswald aus dem Zeitraum von 2004 bis 2011 zugrunde. Die Laser-Scanning-Tomografien wurden mit dem HRT II erstellt. Die Gesichtsfeldanalysen wurden mit dem Octopus 101 der Fa. Haag-Streit Interzeag durchgeführt. Die Daten von 110 Frauen und 74 Männern fanden in der statistischen Auswertung Berücksichtigung. Das durchschnittliche Patientenalter betrug 55 Lebensjahre. Es standen 1.384 Datensätze zur Verfügung, die sich auf drei statistische Analysestrategien verteilten. Die Analysestrategie 1 umfasste ausschließlich die Laser-Scanning-Tomografien mit dem HRTII, die Analysestrategie 2 ausschließlich perimetrische Untersuchungsereignisse und die Analysestrategie 3 papillenmorphologische und perimet-rische Untersuchungen.
Ergebnisse: Die statistische Betrachtung der Analysestrategie 1 erbrachte keine ausreichende Signifikanz hinsichtlich der Primärparameter Patientenalter, Augenseite und Geschlecht (allein der HRT-Parameter mittlere retinale Nervenfaserschichtdicke zeigte eine Unterscheid-barkeit zwischen den Geschlechtern) ebenso wie die isolierte statistische Betrachtung der Gesichtsfeldbefunde in der Analysestrategie 2 bezüglich der Perimetriehauptparameter MD und MS im Hinblick auf die Untersuchungsstrategien (TOP und Dynamisch). Für den Vergleich beider Untersuchungsverfahren in der Analysestrategie 3 konnte der Gesichtsfeldbefund in Bezug auf die Parameter MD und MS betrachtet werden. Diese wurden hinsichtlich der fünf Hauptparameter aus den HRT Untersuchungen, der Randsaumfläche, dem Randsaumvolumen, der Exkavationsform, der Höhenprofilkontur und der mittleren retinalen Nervenfaserschichtstärke, analysiert. Pathologische Werte der mittleren Defekttiefe (MD GF-Hauptparameter) konnten mit einer signifikanten Verringerung der Randsaumfläche und einer signifikanten Abnahme des Randsaumvolumens assoziiert werden. Ebenfalls korrelierten pathologische MD-Werte mit einer Größenzunahme der Exkavationsform.
Der HRT-Hauptparameter Höhenvariation der Kontur wies keine signifikante Verminderung in Bezug auf die im Gesichtsfeld pathologisch identifizierten MD-Werte auf. Eine signifikante Reduktion hingegen zeigte die mittlere retinale Nervenfaserschichtdicke.
Die Differenzierung des Gesichtsfeldhauptparameters MD in Bezug auf das HRT-Qualitätskriterium SD zeigte, dass die Untersuchungsergebnisse mit einer SD > 40 µm im Vergleich der pathologischen zu glaukomunauffälligen Werten eine größere Varianz aufwiesen als jene, die dem Qualitätskriterium (SD < 40 µm) entsprachen.
Die Betrachtung des Qualitätsmaßes der Gesichtsfeldprüfung mit Beantwortung „falsch-negativer“ und „falsch-positiver“ Fangfragen ergab hinsichtlich der Differenzierung des HRT-Hauptparameters mittlere Nervenfaserschichtdicke, dass die pathologischen Werte einer größeren Schwankungsbreite unterlagen als die glaukomunauffälligen und somit als unzuverlässigere Untersuchungen einzuschätzen sind, wenn krankhafte morphologische Veränderungen vorliegen. Die Untersuchung der Arbeitshypothese zum Zusammenhang zwischen Gesichtsfeldverlust (MD) und den HRT-Hauptparametern auf eine vermutete Altersabhängigkeit, konnte keine deutliche Korrelation objektivieren.
Schlußfolgerung: Nur unter Berücksichtigung der äußerst vielfältigen anatomischen Gegebenheiten, z. B. Bulbuslänge, Makropapille, Pathologien, zunehmende Katarakt und Einhaltung der Qualitätsstandards, kann die Laser-Scanning-Tomografie ein sehr wichtiges diagnostisches Mittel zur Glaukomdetektion bzw. zum Glaukommonitoring in Kombination mit funktionsanalytischen perimetrischen Untersuchungen sein.
Im Ergebnis war festzustellen, dass sich die Sensitivität der HRT Parameter als nicht besonders effektiv bewerten ließen. Die statistische Auswertung der Parameter zeigte keine signifikanten Änderungen hinsichtlich der Morphologie der Papilla nervi optici über den im Zeitraum 2004 bis 2011 an der Universitätsmedizin Greifswald untersuchten Glaukompatienten im Längsschnittverlauf.
Mit weltweit potenziell 5,3 Millionen Todesopfern pro Jahr ist die Sepsis eine der häufigs-ten Todesursachen3. Ursprung dieser ist eine Dysregulation einer immunologischen Reak-tion mit Inflammation und daraus folgenden Organschäden9,10. Der Nutzen von Albumin in der supportiven Therapie dieser lebensbedrohenden Erkrankung wird seit längerem disku-tiert. Aus diesem Grund befasst sich die hier vorliegende Arbeit mit dem Zusammenhang zwischen der Albuminsubstitution und Letalität der schweren Sepsis und des septischen Schocks. Als Grundlage dienten die Patient*innendaten aus der intensivmedizinischen Sepsisdatenbank der Universitätsmedizin Greifswald, im Zeitraum von 2010 bis 2015. Zu-nächst wurden die Patient*innen in zwei Gruppen eingeteilt. Die Patientin*innen der „Gruppe A“ erhielten kein Albumin und die Patient*innen der „Gruppe B“ bekamen Albumin substituiert. Anschließend erfolgte die Unterteilung je nach Ausprägung der Hypalbuminä-mie, bemessen am niedrigsten Serumalbuminwert, in vier Subgruppen (Gruppe 1 A/B bis 4 A/B). In einer weiteren Unterteilung, anhand einer messbaren Erhöhung des Serumal-bumins nach Substitution, wurden die Patient*innen der „Gruppe B“ in „Responder“ und „Nonresponder“ gruppiert.
Insgesamt konnten dadurch 701 Patient*innen in die Studie eingeschlossen werden. Von diesen waren 258 weiblich (36,8 %) und 443 männlich (63,20 %). Entsprechend lag das akkumulierte mittlere Erkrankungsalter aller Patient*innen bei 67,93 ± 12,6 (MW ± SD) Jahren. In der Gesamtheit betrachtet war der septische Schock mit 76,03 % (n = 533) häufiger vertreten als die schwere Sepsis mit 23,97 % (n = 168). Der „APACHE II Score“ der Gesamtpopulation lag im Mittel bei 20,19, was einem Mortalitätsrisiko von rund 40 % entspricht. Die Patient*innen, die kein Albumin substituiert bekamen, wiesen ein 30 % höheres Risiko auf innerhalb der ersten 28 Tage nach Sepsisdiagnose zu versterben (Fisher-Exact-Test: p = 0,0279; KI: 1.019 - 1.257). Die statistische Betrachtung der Pati-ent*innen mit besonders niedrigen Albuminwerten (≤ 15 g/l) zeigte, dass Patient*innen ohne Substitution ein 56 % höheres Risiko hatten in den ersten 28 Tagen zu versterben. Im Vergleich der Gruppen bezüglich ihrer 90-Tage-, Intensiv- und Krankenhaussterblich-keit ergab sich keinen signifikanten Unterschied. Bei den Gruppen B 2-4 mit Albuminkon-zentrationen über 15 g/l konnte ebenfalls, im Vergleich der Letalität, keine Unterschiede ausgemacht werden.
Grundsätzlich wurde anhand der vorliegenden Daten aufgezeigt, dass die Substitution von Albumin mit einer reduzierten Letalität in den ersten 28 Tagen assoziiert ist. Dies gilt für alle Patient*innen mit einer Albumintherapie und insbesondere für Patient*innen mit einem Albuminwert unter 15 g/l. Fraglich bleibt jedoch, ob eine alleinige Albuminsubstitution eine Letalitätsreduktion bedingt. Allerdings konnte die Hypalbuminämie als unabhängiger Risi-kofaktor für eine erhöhte Letalität in der Sepsis bestätigt werden.
Abschließend kann gesagt werden, dass die durch diese Studie gewonnenen Ergebnisse die aktuellen Leitlinien zur Diagnostik und Therapie der Sepsis unterstützen7. Um aller-dings genauere Aussagen über den Einfluss von Albumin in Bezug auf die Letalität in der Sepsis machen zu können, sollten Studien unter kontrollierten Bedingungen und unter der Einbeziehung einer größeren Studienpolulation durchgeführt werden.
Der Einfluss von Zentrum-Peripherie-Sturkturen auf Kommunalfinanzen wird aus geographischer Sicht empirisch untersucht. Die Rechnungsergebnisse der Kommunen im Zeitraum von 2013 bis 2016 der fünf ostdeutschen Bundesländer dienen als Berechnungsgrundlage. Die Dissertation gliedert sich in vier Teile, die Fragen zu Zusammenhängen und Wechselwirkungen zwischen Zentren und Peripherien beantworten. Dabei sind vor allem planerisch festgelegte Zentrale Orte und externe Nutzer im Fokus der Untersuchungen. Im letzten Teil wird die Frage diskutiert, wie sich planerische Belange in das fiskalische Instrument „kommunaler Finanzausgleich“ integrieren lassen.
Der freiwillige Verzicht auf Nahrung und Flüssigkeit (FVNF) ist als Methode, das Leben selbstbestimmt zu beenden, in informierten Fachkreisen weitgehend bekannt. Aktuelle Forschungsarbeiten betonen das Konfliktpotential der FVNF-Thematik, insbesondere bei der Einordnung des FVNF als Suizid und aller daraus resultierenden Handlungskonsequenzen. Grund dieser aufflammenden Diskussion über die Einordnung des FVNF als Suizid einerseits und als Teil des natürlichen Sterbeprozesses am Lebensende andererseits ist der mittlerweile wieder obsolete Paragraph §217 zur Strafbarkeit der „Geschäftsmäßigen Förderung der Selbsttötung“. Diese neue Gesetzesreform bedrohte zeitweise medizinisches Personal strafrechtlich, welches FVNF-praktizierende Patienten betreute, indem sie die große Frage offenließ, ob sich diese Begleitung bereits als Suizidbeihilfe oder gar als Tötung auf Verlangen darstellt. Außerdem sorgte der Aufruhr innerhalb der deutschen Gesetzeslage auch in medizinischen Fachkreisen für wachsende Unsicherheit beim Umgang mit dem FVNF. Von ärztlicher Seite wurde hier zunehmend die Qualifizierung der Todesart als natürlich oder nicht-natürlich in der ärztlichen Leichenschau problematisiert.
Die hier vorliegende Arbeit mit einer Auswertung von 3548 Todesbescheinigungen des Instituts für Rechtsmedizin der Universitätsmedizin Greifswald in Mecklenburg-Vorpommern hat sich zum Ziel gesetzt, die Relevanz dieser breit thematisierten Konflikte zu beleuchten. Sie soll einerseits dazu beitragen, pragmatische Handlungsweisen für den Umgang mit FVNF-Patienten aufzuzeigen und andererseits praktische Vorschläge für einen rechtssicheren Umgang mit der ärztlichen Leichenschau entwickeln. Die Datenerhebung aus den Todesbescheinigungen erfolgte in dem Zeitraum vom 01.01.2019 – 31.12.2019. Während dieser Zeit konnte bei 244 Verstorbenen (=6,88%) anhand zuvor definierter Kriterien ein Zusammenhang zwischen dem Tod und dem Verzicht auf Nahrung und Flüssigkeit hergestellt werden.
In der Analyse der Todesbescheinigungen konnte erkannt werden, dass fast alle leichenschauenden Ärzte eine natürliche Todesart festlegten (n=242). In 2 Ausnahmefällen, bei denen eine nicht-natürlichen Todesart ausgewählt wurde, waren jedoch andere Umstände als der FVNF ausschlaggebend. Somit kann man festhalten, dass keiner der Ärzte den FVNF als Suizid und damit als nichtnatürliche Todesart wahrnahm. Weiterhin scheint der Begriff FVNF selbst in der untersuchten Kohorte noch nicht vollumfänglich bekannt oder üblich zu sein. Die Dokumentation des Verzichts auf Nahrung und Flüssigkeit wurde sehr variabel gehandhabt. In keinem der untersuchten Todesbescheinigungen wurde der Terminus „FVNF“ explizit aufgeführt. Vielmehr wurden verschiedenste Umschreibungen in der Epikrise und innerhalb der Todesursachen mithilfe diverser ICD-Codes verwendet.
Besonders interessant ist hierbei, dass 178 Patienten (=72,13%) zum Zeitpunkt des FVNF an einer lebenslimitierende Grunderkrankung litten. Nur bei 27,68% (n=68) der Verstorbenen konnte keine schwerwiegende Grunderkrankung ermittelt werden, sondern ausschließlich die Multimorbidität im Alter. Das Durchschnittsalter der Verstorbenen lag bei 86,3 Jahren und 84,9% (n=207) des Gesamtkollektivs waren mindestens 80 Jahre oder älter. Dies zeigt eindeutig, dass die Thematik des FVNF im Alltag viel mehr die deutlich ältere Generation betrifft, welche sich bereits aufgrund ihrer gesundheitlich reduzierten Konstitution am Ende des Lebens befindet. In der Literatur beschriebene Fälle, bei denen sich jüngere und gesunde Menschen entschieden, ihr Leben deutlich vor Beginn des physiologischen Sterbens durch FVNF zu beenden, kamen in der hier vorliegenden Datenanalyse nicht vor. Daher kann davon ausgegangen werden, dass solche Fälle Einzelerscheinungen darstellen, die auf die Gesamtstatistik nur marginalen Einfluss nehmen.
In Anbetracht des hohen Alters der Verstorbenen und des breiten Vorliegens einschränkender Grunderkrankungen muss der in Fachkreisen geäußerten Ansicht des FVNF als Form des Suizids deutlich widersprochen werden. Die in der Einleitung vorgestellte Frage von Alt-Epping et al. (2019, 173), „ob auf dem Totenschein nach FVNF die Angabe ‚natürlicher Tod‘ angemessen ist oder nicht“, ist im Hinblick auf die hier untersuchten Todesbescheinigungen mit Ja zu beantworten. Die überwiegende Mehrheit der leichenschauenden Ärzte gab nicht nur eine natürliche Todesursache an, sondern war auch in den Beschreibungen konsistent mit einer Position, die den FVNF nicht als Suizid betrachtet, sondern als natürlichen Tod.
Für eine bessere begriffliche Zuordnung müssen an dieser Stelle dennoch 2 grundlegende Formen des FVNF differenziert werden: Auf der einen Seite steht hier der „implizite/präfinale FVNF“ als natürlicher Vorgang im Zusammenhang mit dem Sterbeprozess, der eher als Begleiterscheinung wahrzunehmen ist und eine physiologische Konsequenz der abnehmenden Lebenskräfte darstellt. Dieser FVFN stellt auch in der vorliegenden Datenerhebung die einzige Form dar. Auf der anderen Seite steht der Sonderfall des expliziten FVNF oder „Sterbefastens“ als Suizid und nichtnatürlicher Tod, ohne dass eine zum Tode führende innere Erkrankung oder Multimorbidität im Alter im Vordergrund steht.
Es wäre für den rechtssicheren Umgang mit dem FVNF bei der ärztlichen Leichenschau weiterhin sinnvoll, eine gesonderte ICD-Kodierung oder zumindest genauere Bezeichnungen zu entwickeln, um sowohl eine bessere Dokumentation in der Todesursachenstatistik zu gewährleisten als auch eine Vergleichbarkeit bei Auswertungen von Todesbescheinigungen sicherzustellen. Für ersteren Fall des physiologischen Nahrungs- und/oder Flüssigkeitsverzichts beim Sterben wird empfohlen, auf die ICD-Codes „Symptome und abnorme klinische Laborbefunde - R00-R99“ zurückzugreifen. Die Verschlüsselung mit „Ungenügende Aufnahme von Nahrung und Flüssigkeit - R63.6“ oder mit „(präfinaler/impliziter) FVNF – R63.7“ als neuer ICD-Code kann eine sinnvolle Ergänzung darstellen, um auch statistische Erhebungen zu der Thematik zu verbessern. Der FVNF soll als vorangegangene Ursache (Ib) einer bereits bestehenden lebenslimitierenden Grunderkrankung notiert werden.
Für den Fall, dass ein Nahrung- und Flüssigkeitsverzicht als aktiv lebensverkürzende Handlung und somit als Suizid gewertet werden kann, ist eine eigene Codierung für diese Handlungsform hilfreich. Das dann vorliegende Sterbefasten könnte unter die Kategorie „Vorsätzliche Selbstschädigung – X60-X84“ fallen, beispielsweise: „X85 – Vorsätzliche Selbstschädigung durch Nahrungs- und Flüssigkeitsverzicht“. Ergänzende Beschreibungen des Sterbefastens in der Epikrise sind in jedem Fall sinnvoll, um ein schlüssiges Gesamtbild des Sterbeprozesses zu beschreiben. Um qualifizierte medizinische und pflegerische Begleitung den Patientenwünschen entsprechend gewährleisten zu können, kann das rechtzeitige Verfassen einer Patientenverfügung hilfreich sein.
Sinnvoll scheint hier auch die Forderung von Manhart et al. (2018), diese Fälle „echter“ FVNF nennen. Die zur Diskussion gestellte Verfahrensweise beinhaltetet das Anberaumen eines primären Ethikkonsils unter Teilnahme der Fachgebiete Palliativmedizin, Psychiatrie, Rechtsmedizin und jenem, entsprechend der Grunderkrankung. Hiermit soll die Prüfung und Bestätigung der freien Willensbildung sowie der Patientenverfügung des Patienten erfolgen, um das spätere Todesermittlungsverfahren zu vereinfachen und damit auch die Belastung der Angehörigen zu mindern. Die Autoren fordern außerdem eine ausführliche Aufklärung des Patienten über Therapiealternativen im Rahmen der Grunderkrankung. In Anbetracht der Tatsache, dass solch ein Fall vermutlich recht selten auftritt, sollte der vergleichsweise hohe Aufwand nicht nur gerechtfertigt, sondern auch möglich sein.
Nicht zuletzt durch die überrepräsentierte Altersgruppe von über 80-Jährigen ist es vor allem das Fachpersonal in Alters- und Pflegeheimen, welches mit dem FVNF konfrontiert wird. Auch in der vorliegenden Auswertung ist mit 64,34% (n=157) die Mehrheit der Personen in einer Altenpflegeeinrichtung verstorben. Außerdem konnte man sehen, dass viele Verstorbene am Lebensende, neben zahlreichen Grunderkrankungen, bereits mit deutlichen Lebenseinschränkungen wie verschlechtertem Allgemeinzustand (n=86; 35,25%) oder Immobilität (n=23; 9,43%) konfrontiert waren. Immer wieder stehen Pflegekräfte nun vor der Herausforderung, dass Patienten nicht mehr essen und trinken wollen, um ihr subjektives Leid zu beenden und den Sterbeprozess zu beschleunigen. Auch wenn das Sterben in unserer Gesellschaft zum Teil noch als Tabu-Thema behandelt wird erwarten Experten, dass sich künftig immer mehr Menschen für diese Möglichkeit des vorzeitigen Ablebens entscheiden (Teigeler 2018). Es ist daher notwendig, dass sich Gesundheitseinrichtungen und Fachleute mit diesem Thema befassen und diskutieren, wie das Phänomen in Zukunft bewältigt werden kann. Die Forschung in der Medizin schreitet unaufhaltsam voran und die medizinische Versorgung wird kontinuierlich optimiert. Die Kehrseite dessen ist jedoch, dass es alten Menschen damit auch schwerer gemacht wird, an ihren teilweise schweren Grunderkrankungen zu versterben.
Als Forschungsdesiderate bleiben eine verbesserte statistische Erfassung und differenzierte Auswertung vom FVNF allgemein und seinen verschiedenen Ausprägungen. Insbesondere sollte hier auf die Relevanz des „präfinaler/impliziter FVNF“ im Rahmen eines natürlichen Sterbeprozesses und dem FVNF in Form des „expliziten FVNF“ oder „Sterbefasten“ als mögliche Form eines Suizids eingegangen werden. Um diese genauer differenzieren zu können wäre ein Interview der jeweils begleitenden Ärzte eine sinnvolle Ergänzung. Ebenfalls wäre eine genauere Untersuchung des Wissenstands und der Haltung verschiedener Ärzte gegenüber dem FVNF interessant, beispielsweise in Form eines Fragebogens und weiterführender qualitativer Erhebungen. Nicht zuletzt sollte die Auseinandersetzung der Ärzte mit dieser Problematik und der Bezug zur obligatorischen ärztlichen Leichenschau bereits in der akademischen Lehre im Rahmen von Fort- und Weiterbildungen aufgenommen werden.
Underground hard coal mining operations irreversibly disrupt the pre-existing mechanical equilibrium of the geological media. The employment of high-recovery methods modifies the stress field of the sedimentary sequence, generating movement and faulting of the rock layers above and below mined seams. These new fracture zones do affect the original conditions of the hydrogeological system by modifying flow pathways and increasing the permeability of the rock sequence. Moreover, the surface area of rock exposed to air and water is increased, conditioning the water-rock interaction. Despite this rather clear conceptualization, flow and reactive transport processes in fractured overburdens are rarely modeled simultaneously. Discrete setups that consider fractures and porous matrix require extensive characterization of both media, which is impractical for regional case studies. As a result, most post-mining models explicitly ignore fracture structures by employing the equivalent porous approach or even both media with lumped parameter models. However, omitting either medium represents a delicate simplification, considering that mining-related fractures control the rate and direction of water flow within moderately permeable but relatively highly porous rock sequences.
In this dissertation, the specific contribution of fractured and matrix continua to the transient discharge and water quality of a post-mining coal zone is quantified and evaluated. For this purpose, dual and multiple interacting continua models are employed to simulate fluid flow and reactive mass transport in fractured and variable water-saturated rock sequences. The effectiveness of the models is evaluated by simulating the origin, generation and transport of acid mine drainage (i.e., water with elevated concentrations of hydrogen, iron, sulfate and chloride) within the shallow overburden of the Ibbenbüren Westfield. Compared to other coal districts in Germany, this area is strongly delimited by the local geology and topography, resulting in a well-defined hydrogeological system to test the models. Petrographic and chemical analyses performed on core samples from the area show the strong influence of mining-derived fractures on the water-rock interaction within the Carboniferous sequence. The presence of oxidized pyrite along with amorphous iron hydroxide phases in weathering fronts on both sides of the fractures demonstrates the exchange of solutes and gases between the fractured and the porous matrix media.
Based on the previous evidence, the TOUGHREACT software is employed to characterize flow and reactive transport processes in the Westfield. However, each of the two processes is simulated at separate stages to have more control in the adjustment of sensitive parameters for which little information is available. For the flow component, a dual continuum model, with Richard’s equations is used to characterize the unsaturated water flow in both fractured and matrix media. Under this approach, the model adequately reproduces the bimodal flow behavior of the discharges measured in the mine drainage for the years 2008 and 2017. Simulation results show how the fractured continuum generates intense discharge events during the winter months while the rock matrix controls smooth discharge limbs in summer, when water is slowly released back to the fractures. With the flow component calibrated, the second part of the study incorporates the geochemical processes into the model based on actual data from the rock samples. Their simulation requires extending the two-continuum setup to a multiple continua model with five nested block strings: one for the fractures and four for the rock matrix. This further subdivision prevents under-representations of kinetic reactions with short equilibrium length scales and numerical instabilities due to lack of chemical and flow gradients. As a result, the new multiple continua model provides good agreement with respect to long- and short-term concentrations and discharge trends measured in the mine drainage. The flow of oxygen and meteoric water through the fractured continuum leads to a high and steady release of hydrogen, iron and sulfate ions derived from pyrite oxidation in the matrix continua closest to the fractures. Moreover, high chloride concentrations result from the mixing and gradual release of relatively immobile solutes in the matrix as they interact with percolating water in the fracture. Both findings are equally congruent with the reactive pyrite oxidation and iron hydroxide precipitation fronts identified in the fractured core samples.
In the end, the multiple continua models, the simulation procedure and the results of the benchmark and sensitivity analysis scenarios developed for the Westfield pave the way for the application of the approach in other mining zones. The first candidate emerges in the Ibbenbüren Eastfield, where a coupled elemental-isotopic approach included in this thesis has confirmed that water-conducting fracture zones are primary elements for solute generation and transport in the first 300 meters of the overburden. In the latter case, calibration and verification of the models can be complemented with measurements of δ34S in sulfates and δ18O, δ2H, and Tritium in water.
Introduction
The concept of thermal ablation has proven a minimally invasive alternative or accompaniment to conventional tumour therapy. Patients with hepatic primary tumours or metastases are able to profit from it. Several modalities of thermal ablation exist, including radiofrequency ablation, microwave ablation and laser ablation. They differ in regards to their indications and their physical backgrounds, yet they all share the same aim: the hyperthermic ablation of tumorous target tissue.
At this point in time the maximum ablation diameter attained in a singular session using a singular applicator is about 30 mm. The maximum attainable volume is about 23 cm3. However, the mean and median of hepatic lesions exceed that number with about 50 mm. Most hepatic tumours therefore cannot be easily ablated in toto.
One of the main limitations of thermal ablation is the periprocedural transformation of vital tissue into a boundary layer. This boundary layer prevents efficient energy transmission into peripheral tissue and thus limits the potential of thermal ablation. The boundary layer is usually located centrally around the ablation applicator. In laser ablation the formation of this boundary layer is called carbonisation.
A technically simple, yet potentially effective approach to delay or prevent the formation of this boundary layer is the usage of a spacer. This perfused spacer cools the central zone surrounding the applicator. Therefore central temperatures remain beyond the point of carbonisation.
Methods
The development of two spacer prototypes took place in cooperation with the AG “Experimentelle Radiologie” of the University Clinic Charité. The first fully closed prototype featured an internal circulation of cooling fluid without tissue perfusion. The second open prototype perfused into tissue through an opened tip.
The conduct of this study included ex vivo experiments on bovine livers (n = 15) by means of laser ablation. Ablation diameter and ablation volume were recorded through MR-guided volumetry and manual displacement volumetry. The mean values of diameter and volume that were recorded when the stand-alone applicator system was used were then compared to the mean values recorded when using the closed spacer-supported applicator system and the open spacer-supported applicator system. The difference in values between the three applicator types were then examined for statistical significance using SPSS.
To exclude covariates a preliminary experiment was conducted which aimed to maximise power input of the laser and time interval while minimising the chance of carbonisation. For that, one of the variables was increased in intervals and the ablation diameter of all three applicator types was measured until carbonisation occurred.
Results
In the preliminary experiment it was found that following the increase of the pre-set power input of the laser a proportional increase of ablation diameter followed. However when increasing power input above 25 Watt almost instantaneous carbonisation of the central tissue occurred. This was the same for all three applicator types.
When increasing the time interval > 10 minutes the stand-alone applicator system showed central carbonisation, which was not the case when using the closed spacer-supported applicator system or the open spacer-supported applicator system. The two spacer prototypes only experienced carbonisation when a time interval of > 25 minutes was set. Thus the comparison of all three applicator types was conducted at 25 Watt and 10 minutes, whereas the comparison between the closed spacer-supported applicator system and the open spacer-supported applicator system was conducted at 25 Watt and 25 minutes.
During the first experiment the stand-alone applicator system achieved mean values of 37.50 mm ablation diameter and 23.61 cm3 ablation volume. This was a statistically significant (p < 0.001) increase to the values either spacer was able to attain: the closed spacer-supported applicator system recorded a mean value of 28.67 mm ablation diameter and 18.12 cm3 ablation volume, whereas the open spacer-supported applicator system recorded a mean value of 31.00 mm ablation diameter and 18.49 cm3 ablation volume. However, setting a longer time interval was not possible when the stand-alone applicator system was used for ablation. Due to this, a second experiment comparing mean ablation diameter and volume between the two spacer prototypes followed.
During the second experiment with a time interval of 25 minutes the closed spacer-supported applicator system attained a mean value of 52.07 mm ablation diameter and 75.25 cm3 ablation volume. These values showed a statistically significant (p < 0.001) difference in comparison to the open spacer-supported applicator system with mean values of 47.60 mm ablation diameter und 72.20 cm3 ablation volume.
Discussion
Within the framework of this study it was proven that the presence of a spacer between laser applicator and hepatic tissue was able to achieve a significant increase in ablation diameter and ablation volume. By using a closed spacer an increase in volume by a 3.19 factor of change was possible. The open spacer obtained an increase in volume by a 3.06 factor of change. The concept of using a spacer in thermal ablation as a proof of concept study is therefore valid and suitable for further pre-clinical studies.
Ziel dieser Studie war es, das metabolische Speichelprofil in Zusammenhang mit Parodontitis zu untersuchen und potentielle Biomarker sowie Stoffwechselwege im Rahmen der Erkrankung zu erforschen. Speichelproben von 938 Proband*innen wurden in Abhängigkeit von dentalen Gesundheitsvariablen betrachtet und anschließend, auf Basis dieser Ergebnisse, mit dem Zahnverlust nach fünf Jahren assoziiert.
Die Querschnittsanalyse ergab mehrere signifikant assoziierte Speichelmetabolite, wovon Butyrylputrescin mit den meisten oralen Variablen verknüpft war. Außerdem konnten wir die Kernergebnisse einer unabhängigen Studie replizieren und das Potenzial von Phenylacetat, 3-Phenylpropionat und 3-(4-Hydroxyphenyl)Propionat
bekräftigen. In der Längsschnittanalyse war der Zahnverlust nach fünf Jahren am stärksten mit N,N-Dimethyl-5-Aminovalerat verbunden. Die Mehrzahl aller auffälligen Metabolite steht in Zusammenhang mit Zellvermehrung, bakteriellem Stoffwechsel und Gewebedestruktion. Fasst man die Analysen zusammen, sind 2-Pyrr und Butyrylputrescin die beständigsten Metabolite mit signifikanten Korrelationen. Daher erscheinen sie als besonders geeignet, das Ungleichgewicht der Mundflora widerzuspiegeln.
In den letzten Jahren gewannen ω-Transaminasen zunehmend an Bedeutung. Ihr breites Substratspektrum, das sowohl Aminosäuren als auch Amine umfasst, macht sie interessant für biotechnologische Anwendungen. Im Gegensatz zu α-Aminotransferasen sind ω-Aminotransferasen nicht auf α-Aminosäuren als Aminodonor bzw. α-Ketosäuren als Aminoakzeptoren beschränkt. Auch sind einige ω-Transaminasen in der Lage, Aldehyde oder Ketone zu aminieren. Dadurch sind sie vielseitig einsetzbar. Seit ihrer Entdeckung wurden ω-Transaminasen in einer Vielzahl von Organismen nachgewiesen. Viele dieser Enzyme stammen aus Pilzen und Bakterien. Da es ständig Bedarf an neuen Transaminasen gibt, wurden verschiedene Organismen auf das Vorhandensein solcher Enzyme untersucht. Die Hefe Blastobotrys raffinosifermentans LS3 ist einer dieser Organismen. Für diese Hefe existiert bereits eine Vielzahl biotechnologischer Anwendungen, was unter anderem an ihren vielseitigen physiologischen Möglichkeiten liegt. Um das Spektrum dieses Stammes noch zu erweitern, wurde sein Genom auf ORFs gescannt. Die ermittelten ORFs wurden translatiert und die so erhaltenen, theoretischen Proteine in einer Proteindatenbank gespeichert. Die Einträge dieser Datenbank wurden einem „hmmerscan“ (hmm ist kurz für „hidden Markov model“) unterzogen. Dabei werden die Proteine in sogenannte Pfams, kurz für Proteinfamilien, eingeteilt. Drei Proteine wurden der Familie PF00202.21 zugeordnet. Das ist die sogenannte Aminotran_3 Familie. In dieser Familie befinden sich eukaryotische ω-Transaminasen. Die Gene brota1, brota2 und brota3 codieren für diese Enzyme. Jeweils eins der Gene wurde in den Vektor XPLOR®3 kloniert, damit die potentiellen ω-Transaminasen in B. raffinosifermentans G1212 [aleu2 atrp1:ALEU2] [1] überexprimiert werden können. Eine Besonderheit von BroTA1 ist, dass es neben der Aminotran_3 Domäne noch eine AAA Domäne aufweist. Deshalb ist es mit etwa 85 kDa auch deutlich größer als die meisten ω-Transaminasen, die meist zwischen 45 und 50 kDa liegen. BroTA2 und BroTA3 beinhalten nur die Aminotran_3 Domäne. Alle drei Enzyme zeigen niedrige Aktivität bei der kinetischen Auflösung racemischer β-Aminosäuren.
Neben den eukaryotischen ω-Transaminasen wurden auch einige bakterielle Enzyme untersucht. Literatursuche und das Screenen der Stammsammlung der Arbeitsgruppe Hefegenetik des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung führten zu mehreren potentiellen bakteriellen ω-Transaminasen. Das zu Beginn dieser Arbeit noch als hypothetisches Protein bezeichnete Enzym von Variovorax boronicumulans hat sich als ω-Transaminase herausgestellt. Das Enzym wurde detailliert hinsichtlich des Substratspektrums und seiner biochemischen Eigenschaften charakterisiert. Es handelt sich hierbei um eine ω-Transaminase mit β-Aktivität. Diese Transaminase akzeptiert sowohl aromatische als auch aliphatische β-Aminosäuren als Substrat. Sequenzvergleiche dieses Enzyms mit anderen ω-Transaminasen, die nur aliphatische Aminosäuren akzeptieren, führten zu tieferen Einblicken in konservierte Bereiche dieser beiden Gruppen von ω-Transaminasen.
Der dritte Ansatz war das Anpassen einer bekannten ω-Transaminase des thermophilen Bakteriums Sphaerobacter thermophilus an ein potentielles Motiv für aromatische ω-Transaminasen. Dadurch sollte die Aktivität des Enzyms erhöht werden. Dieser Ansatz führte zu 7 Varianten des Enzyms mit höherer Aktivität als der Wildtyp. Durch diese Versuche wurden einige für die Transferaseaktivität wichtige Aminosäurereste offenbart. So hat sich zum Beispiel herausgestellt, dass N70 offenbar wichtig für den Umsatz von γ-Aminosäuren ist, da ein Austausch gegen Glutamat zu einer verminderten Aktivität mit γ-Aminopentansäure führte.
Multiloop Edgewise Archwire Technique (MEAW) und Denture Frame Analysis: Ein systematisches Review
(2022)
Ziel dieser Studie war es, war die alle verfügbaren Publikationen aus der Fachliteratur zu den Themen Multiloop Edgewise Archwire Technique und der Denture Frame Analysis systematisch zu ermitteln und diese anschließend hinsichtlich der therapeutischen Effekte, allgemeinen kephalometrischen Veränderungen, Vor- und Nachteile sowie Grenzen von MEAW zu untersuchen. Eine elektronische Literaturrecherche wurde unter Verwendung von vier medizinischen Datenbanken (PubMed, Google Scholar, Web of Science und Cochrane Central Register of Controlled Trials) durchgeführt und durch eine zusätzliche Handrecherche ergänzt. Die Ergebnisse wurden nach den PRISMA-Richtlinien geprüft und bewertet.
Im Zuge der Literaturrecherche wurden von den anfänglich 677 themenbezogenen Publikationen 134 Artikel als geeignet identifiziert. Schlussendlich wurden drei zueinander äquivalente Studien bei der qualitativen Analyse herausgefiltert. Diese konnten in eine vergleichende Gegenüberstellung einbezogen werden.
Die Resultate dieser Untersuchung heben die Vorteile der MEAW-Technik deutlich hervor. Zu diesen zählen die genaue Kontrolle über dreidimensionale Einzelzahnbewegungen und die geringen und zugleich kontinuierlichen Kräfte, welche zu überwiegend dentoalveolären Veränderungen führen. Die skelettalen Strukturen wurden gar nicht oder nur geringfügig beeinflusst. Die durch die MEAW-Therapie hervorgerufene dentoalveoläre Kompensation führt zu medizinisch akzeptablen Ergebnissen und stellt somit eine Alternative zur orthognathen Chirurgie dar.
Hinsichtlich der unzureichenden Datengrundlage der derzeit verfügbaren Literatur sind weitere Studien dringend notwendig, um die Kenntnisse auf diesem Fachgebiet zu erweitern. Aspekte wie die Langzeitstabilität oder die detaillierte Wirkungsweise sollten anhand anatomischer und physiologischer Prinzipien genauer erforscht werden. Darüber hinaus bezieht sich die DFA hauptsächlich auf die asiatische Bevölkerung, daher wäre es sinnvoll, die Übertragbarkeit der DFA auf andere ethnische Gruppe zu überprüfen. Die erarbeiteten Erkenntnisse wurden anhand zweier klinischer Fallbeispiele veranschaulicht.
Staufen2 ist ein mRNA-bindendes Protein (RBP), das in Säugetieren vor allem cerebral exprimiert wird und an der neuronalen Plastizität innerhalb des Hippocampus beteiligt ist. RBPs spielen dabei eine wichtige Rolle in der strengen örtlichen und zeitlichen Regulation der neuroplastischen Vorgänge.
Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen eines Knockdowns von Staufen2 auf die Morphologie von Dendriten und dendritischen Dornen im Hippocampus der Ratte erstmalig in-vivo zu untersuchen. Als Grundlage dienten transgene Ratten, in denen durch Tamoxifen-Injektion ein RNA-Interferenz-Mechanismus zum Knockdown von Staufen2 aktiviert werden konnte. Die maximale Wirkung zeigte sich in der CA1-Region des Hippocampus, die in der Folge zum Gegenstand der weiteren Untersuchungen genutzt wurde. Mithilfe der Golgi-Cox-Silberimprägnierung konnte gezeigt werden, dass die Spinelänge und die Spinedichte in der apikalen CA1-Region in den Knockout-Tieren signifikant geringer waren. In den basalen Anteilen sowie bei der Morphologie des Dendritenbaums waren keine signifikanten Unterschiede nachweisbar. Andere Arbeitsgruppen konnten zeigen, dass diese Tiere Defizite im räumlichen Arbeitsgedächtnis sowie im räumlichen und zeitlichen Assoziationsgedächtnis haben. Der Grund hierfür könnte darin liegen, dass das normalerweise ausgewogene Verhältnis zwischen LTP und LTD zugunsten der LTP verschoben erscheint.
Mit seiner Funktion als RBP und einer Assoziation der LTD scheint Staufen2 eine Rolle in der späten, proteinsynthese-abgängigen Phase der LTD zu spielen, wobei die genauen Funktionsweisen des Proteins weiterhin nicht vollständig verstanden sind. Neben Staufen2 gibt es einer Reihe weitere RBPs mit wichtigen Funktionen innerhalb der neuronalen Plastizität. Einige davon sind mit schweren neurologischen Krankheitsbildern wie dem Fragilen-X-Syndrom, AutismusSpektrum-Störungen, amyotropher Lateralsklerose und frontotemporaler Demenz assoziiert. Ein besseres Verständnis der RBPs im Allgemeinen und von Staufen2 im Besonderen kann somit zukünftig zu einem besseren Verständnis von Lernen und Gedächtnis sowie der Pathogenese schwerer neurologischer Erkrankungen beitragen und möglicherweise auch zu neuen Therapiemöglichkeiten führen.